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UNIVERSIDAD ESTATAL
PENÍNSULA DE SANTA ELENA
FACULTAD DE SISTEMAS Y
TELECOMUNICACIONES
CARRERA DE ELECTRÓNICA Y
TELECOMUNICACIONES
TRABAJO DE TITULACIÓN
Propuesta Tecnológica, previo a la obtención del Título de:
INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y
TELECOMUNICACIONES
“Implementación del sistema de control del proceso de
alimentación de combustible para generador Hyundai, modelo
9h21/32”
AUTOR FRANCISCO JAVIER SANTANA PINCAY
PROFESOR TUTOR ING. SAMUEL BALDOMERO BUSTOS GAIBOR, MSc.
LA LIBERTAD – ECUADOR
2017
I
AGRADECIMIENTO
A Dios Todo Poderoso por permitirme llegar a esta maravillosa etapa, donde me
ha enseñado que la dedicación y el esfuerzo tienen sus frutos, con sabiduría y
fortaleza me permitieron alcanzar este logro, concluir mi carrera universitaria, un
sueño por el que me esforcé día a día, gracias por hacer realidad este sueño anhelado
de mi vida.
A mi Padre Epifanio Santana: gracias padre por la comprensión y todo el apoyo
incondicional brindado en esta etapa estudiantil, gracias por ser el motivo de
inspiración, de superación personal y profesional, papá este es un logro que quiero
compartir contigo. Gracias Papá.
A mi Madre Nelly Pincay: Querida madre fuiste y seguirás siendo la mejor mamá
del mundo, ahora eres mi ángel guardián y sé que desde el cielo sigues guiando mi
camino y mis pasos, gracias por haber sido esa persona incondicional, mi pañuelo
de lágrimas, mi amiga, mi socia, que con tus consejos y ayuda moral, fuiste ejemplo
maravilloso de fe, amor y mucho sacrificio incomparable, lograste que consiga este
anhelado triunfo aunque que no pudiste acompañarme en estos momentos de
felicidad físicamente, pero sé que lo hiciste espiritualmente, este logro es totalmente
tuyo mamá.
A mi esposa Jeniffer y a mi hija Sarita Stefany: Gracias chicas por ser esos
pilares más importantes de mi vida que día a día me motivaban para seguir adelante,
gracias por que supieron comprender el sacrificio que hacía para cumplir con este
amado sueño, gracias amor por todo el apoyo incondicional brindado en tiempos
buenos y malos, comparto este triunfo ustedes.
II
A mi hermano Jonathan Santana: Porque siempre ha estado ahí para escucharme
en todo momento, por ser mí amigo, mi confidente mi futuro colega y por creer en
mí y en mis sueños, te agradezco hermano infinitamente por todo este apoyo
incondicional y paciencia brindada durante todo este tiempo, por todas esas noches
de desvelo que compartimos haciendo tareas, viendo series, jugando y estudiando,
gracias hermano te quiero mucho este tiempo es tuyo también.
A mis demás Familiares, a mis Amigos, a mis Socios y a mi Tutor Ing. Samuel
Bustos: A todos ustedes muchas gracias por estar conmigo durante todo el tiempo
con ustedes he compartido momentos felices y tristes gracias por darme palabras de
aliento en aquellos momentos que me veía decaído.
Francisco Santana Pincay
III
APROBACIÒN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de titulación denominado, “Implementación del
sistema de control del proceso de alimentación de combustible para generador
Hyundai, Modelo 9H21/32”, elaborado por el estudiante Santana Pincay
Francisco Javier, de la carrera de Electrónica y Telecomunicaciones de la
Universidad Estatal Península de Santa Elena, me permito declarar que luego de
haber orientado, estudiado y revisado, la apruebo en todas sus partes y autorizo al
estudiante para que inicia los trámites legales correspondientes.
La Libertad, Septiembre del 2017
……………………………………..
Ing. Samuel Bustos Gaibor, MSc
IV
TRIBUNAL DE GRADO
Ing. Mariuxi De la Cruz De la Cruz, MSc.
DECANO DE FACULTAD
Ing. Washington Torres Guin, MSc.
DIRECTOR DE CARRERA
Ing. Samuel Bustos Gaibor, MSc. Ing. Carlos Saldaña Enderica, MSc.
PROFESOR TUTOR PROFESOR DE ÁREA
___________________________
Ab. Brenda Reyes Tomalá, Mgt
SECRETARIA GENERAL
V
RESUMEN
En la actualidad el parque generador térmico del país está conformado por
entidades que son administradas por la Corporación Eléctrica del Ecuador CELEC
EP en especial la Central Termoeléctrica de Santa Elena, siendo la empresa que
se dedica a producir y comercializar energía eléctrica de manera nacional y local.
Varias de estas centrales termoeléctricas son accionadas por medio de motores de
combustión interna, utilizando como combustible una mezcla de fuel-oil y diésel,
este subproceso de alimentación de combustible para los generadores se ejecutan
de forma manual en la mayoría de las centrales, lo que conllevan en algunos casos
que este proceso arrojen mezclas de producto no deseado, originando inestabilidad
operativa y desgaste acelerado en los motores, por ende disminuye su vida útil.
Por lo expuesto se plantea como solución la implementación de un sistema de
control de procesos para la alimentación de combustible para generadores
Hyundai. La propuesta consiste en el levantamiento de una red industrial con
arquitectura mixta entre Ethernet y Modbus.
La red está compuesta por dos controladores lógicos programables (PLC) y una
pantalla táctil (TP); establecidos como maestro y esclavo respectivamente. El
controlador dos está encargado de manipular y controlar los valores de viscosidad
del combustible; activación del sistema de bombas auxiliares para la recuperación
de presión del combustible; envío y recepción de datos al PLC principal. El
controlador uno administra el sistema principal, controla y manipula la
temperatura adecuada del combustible; controla el sistema de presión del
combustible; activa y desactiva indicadores en el tablero general; adquiere y envía
datos a través de la red Ethernet lo que permite el control y monitoreo de los
procesos de alimentación de combustible para generadores mediante una interfaz
HMI.
Con respecto a los resultados de las pruebas realizadas se concluye que el sistema
cuenta con una eficiencia del 90% en referente a la trasmisión y recepción de
datos.
VI
ABSTRACT
At present, the country's thermal generation park is made up of entities that are
managed by the Electric Corporation of Ecuador CELEC EP, in particular the
Thermoelectric Power Plant of Santa Elena, being the company that is dedicated to
produce and commercialize electric energy nationally and locally .
Several of these thermoelectric plants are driven by internal combustion engines,
using as fuel a mixture of fuel oil and diesel, this sub-process of fuel supply for
generators are executed manually in most plants, which In some cases cause this
process to produce mixtures of unwanted product, causing operational instability
and accelerated wear on the engines, thus decreasing their useful life. Therefore,
the solution to the problem is the implementation of a process control system for
fueling Hyundai generators. The proposal consists of the lifting of an industrial
network with mixed architecture between Ethernet and Modbus.
The network consists of two programmable logic controllers (PLC) and one touch
screen (TP); Established as master and slave respectively. The controller two is in
charge of manipulating and controlling the viscosity values of the fuel; manipulate
and control the viscosity values of the fuel; Activation of the auxiliary pump system
for the recovery of fuel pressure; Sending and receiving data to the main PLC. The
controller one manages the prime system, controls and manipulates the proper
temperature of the fuel; Controls the fuel pressure system; Activates and deactivates
indicators on the general board; Acquires and sends data through the Ethernet
network which allows the control and monitoring of the fuel supply processes for
generators through an HMI interface.
With respect to the results of the tests carried out, it is concluded that the system
has an efficiency of 90% in relation to the transmission and reception of data.
VII
DECLARACIÓN
El contenido del presente Trabajo de Graduación es de mi responsabilidad; el
patrimonio intelectual del mismo pertenece a la Universidad Estatal Península de
Santa Elena
……………………………………..
Francisco Javier Santana Pincay
VIII
TABLA DE CONTENIDOS
ITEM PÁGINA
AGRADECIMIENTO.............................................................................................. I
APROBACIÒN DEL TUTOR .............................................................................. III
TRIBUNAL DE GRADO ..................................................................................... IV
RESUMEN ............................................................................................................. V
ABSTRACT .......................................................................................................... VI
DECLARACIÓN ................................................................................................. VII
TABLA DE CONTENIDOS.............................................................................. VIII
INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 1
CAPÍTULO I ......................................................................................................... 2
FUNDAMENTACIÓN ......................................................................................... 2
1.1 ANTECENDENTES ................................................................................ 2
1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ........................................................ 4
1.3 OBJETIVOS ............................................................................................. 5
1.3.1 OBJETIVO GENERAL ........................................................................... 5
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................... 5
1.4 RESULTADOS ESPERADOS ................................................................ 5
1.5 JUSTIFICACIÓN ..................................................................................... 6
1.6 METODOLOGÍA..................................................................................... 7
CAPITULO II........................................................................................................ 9
LA PROPUESTA .................................................................................................. 9
2.1 MARCO CONTEXTUAL........................................................................ 9
2.2 MARCO CONCEPTUAL ...................................................................... 11
2.3 MARCO TEÓRICO ............................................................................... 14
2.4 COMPONENTES DE LA PROPUESTA .............................................. 17
2.4.1 FÍSICOS ................................................................................................. 17
2.4.1.1 ALMACENAMIENTO DE COMBUSTIBLE ...................................... 17
2.4.1.2 SEDIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE ............................................ 18
2.4.1.3 TRANSFERENCIA Y PURIFICACIÓN DE COMBUSTIBLE ........... 19
2.4.1.4 TANQUES DE SUMINISTROS O DE SERVICIOS ........................... 20
2.4.1.5 DISTRIBUCIÓN DEL COMBUSTIBLE HACIA LOS MOTORES
DEL GENERADOR ............................................................................................. 21
2.4.1.6 GENERADORES ................................................................................... 23
2.4.2 LÓGICO ................................................................................................. 24
2.4.2.1 TIA PORTAL V13 ................................................................................. 24
IX
2.4.2.2 LENGUAJE LADDER O DE CONTACTOS ....................................... 25
2.4.2.3 SOFTWARE DOPSoft 2.00.04 .............................................................. 27
2.4.2.4 CADE SIMU .......................................................................................... 27
2.5 DISEÑO DE LA PROPUESTA ............................................................. 28
2.5.1 DISEÑO ELECTRICO DEL SISTEMA................................................ 28
2.5.1.1 VARIADOR DE FRECUENCIA DELTA VFD-EL ............................ 29
2.5.1.2 CONTROLADOR DE TEMPERATURA MARCA DELTA
DTB4848. .............................................................................................................. 35
2.5.1.3 ENLACE PARA COMUNICACIÓN – MODBUS RTU ...................... 40
2.5.2 DISEÑO LOGICO DEL SISTEMA ...................................................... 43
2.5.2.1 DIAGRAMA DE PETRI ........................................................................ 43
2.5.2.2 LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN .................................................... 47
2.6 PRUEBAS .............................................................................................. 58
2.6.1 ADQUISICIÓN DE DATOS DEL CONTROL DE TEMPERATURA A
LAS BASE DE DATOS DEL PLC ...................................................................... 58
2.6.2 ESCRITURA DE DATOS DEL PLC AL CONTROLADOR DE
TEMPERATURA ................................................................................................. 60
2.6.3 ADQUISICIÓN Y RECEPCIÓN DE DATOS ENTRE PLC Y
VARIADOR DE FRECUENCIA ......................................................................... 63
2.6.4 ADQUISICIÓN Y RECEPCIÓN DE DATOS DE PLC A PLC ........... 66
2.6.5 ADQUISICIÓN Y RECEPCIÓN DE DATOS ENTRE HMI A PLC ... 68
2.6.6 CONTROL DE VARIADORES MEDIANTE EL DATO DE
PRESIÓN .............................................................................................................. 71
2.7 ESTUDIO DE FACTIBILIDAD ............................................................ 74
2.7.1 FACTIBILIDAD TÉCNICA .................................................................. 74
2.7.2 FACTIBILIDAD FINANCIERA ........................................................... 76
2.7.2.1 COSTOS DE IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA .......................... 77
2.7.3 FACTIBILIDAD OPERACIONAL ....................................................... 83
CONCLUSIONES ................................................................................................ 84
RECOMENDACIONES ....................................................................................... 85
BIBLIOGRAFÍA................................................................................................... 86
ANEXOS............................................................................................................... 89
X
ÍNDICE DE FIGURAS
ITEM. DESCRIPCIÓN PÁGINA
Figura 1: Ubicación de CELEC EP Santa Elena. [3] ...............................................9 Figura 2: Toma aérea de la estación termoeléctrica. ................................................9 Figura 3: Capas Implementadas en Profibus ..........................................................14 Figura 4: Tanques de Almacenamiento de Combustible .......................................17 Figura 5: Tanque de Almacenamiento de Combustible - HMI ..............................17 Figura 6: Tanques de Sedimentación de Combustible ...........................................18 Figura 7: Tanques de Sedimentación de Combustible - HMI ................................18 Figura 8: Transferencias y Purificación de Combustible .......................................19 Figura 9: Transferencias y Purificación de Combustible - HMI ............................19 Figura 10: Tanques Diarios o Tanques de Suministro ...........................................20 Figura 11: Tanques Diarios o Tanques de Suministro - HMI ................................20 Figura 12: Estación de Bombas de Combustible ...................................................21 Figura 13: Estación de Bombas de Combustible - HMI ........................................22 Figura 14: Válvulas Solenoides y Bombas HFO ...................................................22 Figura 15: Generadores ..........................................................................................23 Figura 16: Generadores - HMI ...............................................................................23 Figura 17: Ventana de TIA PORTAL V.13 ...........................................................24 Figura 18: Características destacadas de TIA Portal versión V13 .........................25 Figura 19: Simbología de lenguaje Ladder ............................................................26 Figura 20: Página Principal De DOPSOFT ...........................................................27 Figura 21: Página Principal De CADe SIMU ........................................................27 Figura 22: Diagrama de Bloque General del Sistema ............................................28 Figura 23: Diagrama Topológico del Sistema .......................................................29 Figura 24: Variador de Frecuencia VFD007EL23A ..............................................30 Figura 25: Cable Par Trenzado ..............................................................................32 Figura 26: Cable Conector DV9 a RJ-45 ...............................................................33 Figura 27: RS-485 Serial Interface del Variador de Frecuencia ............................33 Figura 28: Conector DV9 .......................................................................................34 Figura 29: Montaje del Cable con conectores RJ-45 a DV9 ..................................34 Figura 30: Controlador de Temperatura DTA4848R0 ...........................................35 Figura 31: Parte posterior del Controlador de Temperatura ..................................38 Figura 32: Cable DV9 con Terminales tipo U .......................................................38 Figura 33: Montaje del Cable DV9 a terminales tipo U ........................................39 Figura 34: Módulo de Comunicación CM1241 .....................................................40 Figura 35: Protocolo Modbus.................................................................................41 Figura 36: Diagrama Inicialización del sistema alterno .........................................44 Figura 37: Diagrama - Proceso de Tanques de Sedimentación..............................44 Figura 38: Diagrama -Proceso de centrifugado .....................................................45 Figura 39: Diagrama - Proceso Tanques Diarios ...................................................45 Figura 40: Diagrama - Proceso Cuarto de Bombas ................................................46 Figura 41: Diagrama - Encendido de Bunker ........................................................46 Figura 42: Esquemas de Contactos (KOP).............................................................47 Figura 43: Diagrama de Funciones (FUP) .............................................................47
XI
Figura 44: Diagrama de Escalera ...........................................................................48 Figura 45: PLC (Master - Esclavo) ........................................................................49 Figura 46: PLC Master o Principal ........................................................................49 Figura 47: Segmento Inicio del Sistema ................................................................49 Figura 48: Segmento Almacenamiento de Combustible ........................................50 Figura 49: Segmento de Activación del Centrifugador..........................................50 Figura 50: Segmento Bloques para control de Temperatura ..................................51 Figura 51: Segmento Control del Variador ............................................................51 Figura 52: Segmento Comparador de Datos de Temperatura ................................52 Figura 53: Segmento Ingreso de Datos Analógicos ...............................................52 Figura 54: Segmento Cuarto de Bomba .................................................................53 Figura 55: Segmento Configuración de Datos del Variador ..................................54 Figura 56: Segmento Put y Get ..............................................................................54 Figura 57: Segmento para Flujo de Tuberías .........................................................55 Figura 58: PLC 2 (Esclavo)...................................................................................55 Figura 59: Segmento Encendido de Indicadores ....................................................56 Figura 60: Segmento Configuración de datos de presión ......................................56 Figura 61: Proceso final PLC1 ...............................................................................57 Figura 62: Proceso final PLC2 ...............................................................................57 Figura 63: Prueba 1 ................................................................................................59 Figura 64: Prueba 2 ................................................................................................62 Figura 65: Prueba 3 ................................................................................................65 Figura 66: Prueba 4 ................................................................................................67 Figura 67: Prueba 5 ................................................................................................69 Figura 68: Prueba 6 ................................................................................................72 Figura 69: Gastos Mantenimiento Planta Che Guevara .........................................80 Figura 70: Grafico Estadístico de Gastos entre sistemas .......................................81 Figura 71: Grafico Estadístico de Tiempos de Mantenimiento .............................81
XII
ÍNDICE DE TABLAS
ITEM. DESCRIPCIÓN PÁGINA
Tabla 1: Capacidad de almacenamiento de los tanques de combustible en m3 .....21
Tabla 2: Características técnicas de Bombas de Combustible ...............................22
Tabla 3: Características técnicas del motor de combustión interna .......................24
Tabla 4: Símbolos del Lenguaje Ladder ................................................................26
Tabla 4: Características técnicas del Variador de Frecuencia ................................30
Tabla 5: Parámetros a utilizar en el presente proyecto ..........................................32
Tabla 6: Pines principales para la transmisión y recepción de datos en el RJ- 45 .33
Tabla 7: Pines Principales para la Transmisión y Recepción de datos en DV9 .....34
Tabla 8: Identificación de pines importantes del Cable con Conectores RJ-45 a
DV9 ........................................................................................................................34
Tabla 9: Registros Internos del Variador de Frecuencia ........................................35
Tabla 10: Características técnicas del control de temperatura ...............................36
Tabla 11: Parámetros de Configuración Manual ...................................................37
Tabla 12: Identificación de Pines Importantes para la Transmisión y Recepción de
datos en el control de Temperatura ........................................................................38
Tabla 13: Pines Importantes para la Comunicación ...............................................39
Tabla 14: Registros a Utilizar para Lectura y Escritura .........................................40
Tabla 15: Datos técnicos CM 1241 RS-422 / RS-485 ...........................................41
Tabla 16: Tramas del protocolo MODBUS RTU ..................................................42
Tabla 17: Propiedades de MODBUS RTU ............................................................43
Tabla 18: Resultados de Prueba 1 ..........................................................................60
Tabla 19: Resultados de Prueba 2 ..........................................................................63
Tabla 20: Resultados de la Prueba 3 ......................................................................65
Tabla 21: Resultados de Prueba 4 ..........................................................................68
Tabla 22: Resultaos de Prueba 5 ............................................................................70
Tabla 23: Resultados de Prueba 6 ..........................................................................73
Tabla 24: Hardware para el desarrollo ...................................................................75
Tabla 25: Hardware para la implementación .........................................................76
Tabla 26: Total en Desarrollo del Sistema .............................................................77
Tabla 27: Total Hardware en Implementación......................................................78
Tabla 28: Costo Total para el Sistema ...................................................................79
Tabla 29: Mantenimientos recomendadas por el fabricante ..................................79
Tabla 30: Caso de Mantenimiento Planta Che Guevara ........................................80
Tabla 31: Especificaciones de tipo de combustible utilizado motores Hyundai ....82
XIII
LISTA DE ANEXOS
N.- DESCRIPCIÓN
1 Características de las válvulas solenoides y de las bombas de HFO
2 Especificaciones Fuel Oil
1
INTRODUCCIÓN
En la actualidad una gran parte de las industrias poseen algún grado de
automatización con el objetivo principal de manipular sus plantas a su capacidad
máxima con el mínimo personal sobretodo operando dentro de límites establecidos.
El desarrollo de este proyecto de titulación es el diseño de un sistema de control y
monitoreo del proceso de alimentación de combustible para un generador de energía
eléctrica marca Hyundai, modelo 9h21/32, el mismo que se ha basado en el análisis
del funcionamiento de dicho generador en la Central Térmica Santa Elena, ubicado
en el Cantón Santa Elena.
Este trabajo de titulación está dividido en dos capítulos, en el capítulo I se tratan
temas como la identificación del proyecto el cual es la generación de energía
eléctrica en el ámbito local mediante el uso de termoeléctricas, el proceso de
automatización determinando temperatura ideales, viscosidad y presión del
combustible para el óptimo funcionamiento, la estructuración de objetivos y la
debida justificación.
El capítulo II incluye temas como: marco contextual, marco conceptual y el marco
teórico en los cuales se describen conceptos que intervienen en la solución del
sistema de control y monitoreo del proceso de alimentación de combustible para un
generador, además se observa investigaciones de trabajos previos y los diferentes
fundamentos teóricos del proyecto. En la sección del desarrollo de la propuesta se
especifican los diferentes componentes físicos y lógicos que se utilizan para el
proceso del sistema de control de alimentación de combustible para el generador de
energía. En el diseño de la propuesta se aprecian los funcionamientos físicos y
lógicos del sistema a implementar, se presentan los esquemas, diagramas y las
diferentes secciones de programación para la ejecución del mismo, además se
diseñó pantallas de supervisión y se realizó pruebas para verificar la eficiencia del
sistema de control de alimentación de combustible.
Al finalizar se realizó un estudio de factibilidad técnica, financiera y operaria, que
determina y demuestra que el proyecto es viable.
2
CAPÍTULO I
FUNDAMENTACIÓN
1.1 ANTECENDENTES
En la actualidad las empresas deben desenvolverse en un medio competitivo y
actualizado para la cual se requiere tener sistemas confiables y seguros en su parte
tecnológica y técnica que nos dará una información precisa y confiable de los
sistemas de tipo interno y externo.
Desde hace algunos años, las industrias han progresado en el campo de la
automatización industrial implementando redes de comunicaciones que permitan el
control y monitoreo de los diversos procesos de producción.
La generación de electricidad por parte de centrales térmicas, es un recurso muy
utilizado en países en vías de desarrollo, a pesar que producen contaminación al
ambiente, estas plantas operan y es primordial la automatización y supervisión de
operación, pues a medida que las tecnologías se desarrolla, existen soluciones para
mejorar procesos en las plantas de generación de energía.
La generación de energía térmica convencional comprende utilizar carbón
pulverizado, ciclo combinado etc., Estos procedimientos requieren una
comunicación continua para mantenerse en operación eficaz. Es fundamental
complementar los procesos de operación automatizada de una planta o central
térmica con un buen sistema de control.
En los diferentes proyectos de controles industriales se ha notado el interés por
realizar pruebas en lo referente a control industrial computarizado logrando
desarrollar sistemas básicos.
Con el desarrollo tecnológico y el crecimiento de las industrias, muchas empresas
han visto la necesidad de mejorar sus actividades y procesos para poder satisfacer
las necesidades de los operarios.
3
La aparición de Ethernet industrial en la planta de energía de hoy mejora las
comunicaciones en tiempo real, y así el flujo continuo de información a través de
una red industrial. Las redes Ethernet industriales son también una parte integral de
los sistemas de control en tiempo real para las plantas de energía. Los principales
fabricantes PLC (Controladores Lógicos Programables) manejan comunicaciones
Ethernet de apoyo en otros dispositivos (esclavos) y que hacen posible la creación
de redes Industrial Ethernet y protocolos basados en Ethernet (como Ethernet/IP,
Profinet, Modbus TCP).
Los sistemas de comunicaciones modernos son diseñados para realizar todas las
tareas de automatización de la planta de energía, incluyendo:
• Control de la Bombas.
• Control de motores generadores
Con el pasar del tiempo, en el Ecuador las industrias han ido creciendo y, utilizando
los beneficios que la tecnología les puede brindar. Muchas industrias se han ido
automatizando, los procesos son controlados por máquinas, que a su vez deben estar
comunicadas entre sí, formando redes industriales que buscan mantener
históricamente información de todos los procesos, además que la información esté
en tiempo real y, que sirva para la toma de decisiones con el fin de mejorar la calidad
de los procesos.
La tarea principal es remplazar los sistemas de control centralizados por redes para
control distribuido con la finalidad de mejorar sus procesos o la calidad del
producto, reducir costes y mejorar la eficiencia. Para ello se basa en que la
información que envían y/o reciben los dispositivos de campo es digital, lo que
resulta mucho más preciso que si se recurre a métodos analógicos. Además, cada
dispositivo de campo es un dispositivo inteligente y puede llevar a cabo funciones
propias de control, mantenimiento y diagnóstico. De esta forma, cada nodo de la
red puede informar en caso de fallo del dispositivo asociado, y en general sobre
cualquier anomalía asociada al dispositivo, esta monitorización permite aumentar
la eficiencia del sistema y reducir la cantidad de horas de mantenimiento necesarias.
4
1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
El desarrollo del sector eléctrico es elemental para el desenvolvimiento de las
actividades productivas del Ecuador, motivo por el cual se cuenta con centrales
generadoras de energía eléctrica, en nuestro país las más usadas son las centrales
hidroeléctricas y las termoeléctricas.
Dentro de una Central Termoeléctrica los operadores son los principales
responsables de identificar, de monitorear y atender los problemas que
eventualmente se presentan en los procesos de generación eléctrica. De presentarse
fallas y no ser atendidas a tiempo, se presentarán degradaciones en los equipos
principalmente en los generadores, generalmente estas fallas ocurren por el mal
procedimiento en la alimentación alterna de combustible, presentándose problemas
como: el paso de combustible con impurezas, fallas relacionadas con el control de
temperatura, problemas relacionados con el control de presión en las tuberías y
fallas relacionadas con el control de viscosidad.
Es por esta razón que además del conocimiento del operador se quiere de un sistema
de supervisión y control adecuado que permita la toma de decisiones rápidas y
acertadas para la correcta alimentación de los generadores, por esta situación surge
la propuesta tecnológica de implementar un sistema de control de los procesos de
alimentación de combustible para generadores, una de las herramientas para la
supervisión son las pantallas HMI (interfaz hombre maquina), en donde se
identifican claramente las etapas del proceso de alimentación de combustible del
generador, las cuales son: control de electroválvulas de los tanques de
almacenamiento y en los tanques de sedimentación de combustible, encendido del
motor de transferencia y purificación del combustible por medio del control de
temperatura, control de las electroválvulas de los tanques de servicio, distribución
de presión hacia el motor por medio del variador de frecuencia en el sistema de
bombas, control de electroválvulas en el control de viscosidad, cierre de
electroválvula del sistema tradicional y activación de electroválvula del sistema
alterno con el combustible en óptimas condiciones para los generadores, para la
5
implementación del HMI es necesario además la instalación y programación de
otros equipos tal como lo son, sensores, actuadores, PLC etc. Todas estas
herramientas en conjunto llevan a la automatización del proceso mencionado.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 OBJETIVO GENERAL
Controlar y monitorear el proceso de alimentación de combustible para un
generador Hyundai, basado al protocolo de control Ethernet y comunicación
RS485.
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Diseñar el sistema de control de adquisición de datos, para controlar y
monitorear el proceso de alimentación de combustible para un generador de energía.
Diseñar una interfaz HMI que permita una sencilla supervisión para el operario.
Desarrollar de la programación del PLC para el control de todos los procesos
durante la simulación.
Realizar pruebas del sistema, simulando los diversos procesos para la
alimentación del generador de energía.
1.4 RESULTADOS ESPERADOS
Al concluir el desarrollo de la propuesta se espera lograr los siguientes resultados:
Supervisión y monitoreo de forma gráfica las diferentes etapas a realizarse en
el proceso del tratado del combustible y la manipulación de los parámetros de
temperatura y presión.
6
Programación lógica que permita la obtención de rápidas respuestas en cada
una de las etapas del proceso.
Obtención del control idóneo para mediciones de temperaturas, evitando el
paso del combustible con impurezas y a su vez automatizar los motores de
purificación.
Mejoramiento del sistema de distribución del combustible, controlando de
forma automática el sistema auxiliar de bombas, corrigiendo y enviando presión
apropiada a los generadores.
El Control y la mejora de las propiedades de viscosidad del combustible,
además de automatizar el control de las electroválvulas del sistema tradicional y del
sistema alterno para el apropiado proceso de alimentación de combustible del
generador.
1.5 JUSTIFICACIÓN
En la actualidad, la tecnología se encuentra en constante cambios, lo que permite
que las industrias simplifiquen estructuras, consiguiendo encadenar operaciones
mecánicas, informáticas y eléctricas.
El principal proceso de la Centrales Térmicas Santa Elena es la activación del
sistema alterno y la transportación del combustible en óptimas condiciones para
alimentar los generadores, en consecuencia el problema identificado en este tipo de
centrales es la salida de exceso de gases tóxicos a la atmosfera, además fallas
relacionadas con el control de temperatura y la mala distribución de combustible
al generador, por consiguiente se exige que exista una mejor supervisión y control
de su proceso de alimentación, supervisando el control del calentamiento del
combustible en caso de ser necesario para activar los motores de centrifugación
evitando el paso de combustible con impurezas, optimizando la distribución de la
presión en las tuberías activando el sistema de bombas auxiliares, controlando y
mejorando la viscosidad del combustible para el paso óptimo hacia los generadores,
por ende el desarrollo de esta propuesta está enfocada en realizar la automatización
7
de un sistema que controle las diferentes etapas del proceso de alimentación de
combustible, monitoreando, controlando presión y temperaturas idóneas que
permitan al combustible llegue en óptimas condiciones al generador.
Esta propuesta tecnológica presentada cumple con las características necesarias
para realizar el proceso de alimentación alterna de combustible de forma eficiente,
teniendo en cuenta que durante el desarrollo de esta propuesta solo se simulará este
subproceso y se implementará parcialmente los elementos de control y monitoreo.
1.6 METODOLOGÍA
La siguiente propuesta estará sustentada en las siguientes metodologías:
INVESTIGACION EXPLORATORIA
Esta investigación se basa en opiniones de técnicos especializados y
comportamientos de fenómenos, que ocurren dentro de los procesos de
alimentación de combustible para generadores, estos resultados tienen su
fundamentación en la apreciación del investigador. Los métodos utilizados son:
Consultas bibliográficas.
Consultas a expertos.
Observaciones.
INVESTIGACIÓN APLICADA
A partir de la recolección de datos de una investigación básica se genera este tipo
de investigación la cual sirve para identificar los problemas sobre los que se
intervendrá y para definir las estrategias para la solución.
A continuación se detallan las fases donde se aplicaran los métodos de
investigación:
8
FASE 1
Investigación preliminar.
La meta principal de esta fase es determinar el problema e identificar la idea general
de la propuesta, además se recopilarán datos necesarios para analizarlos, reconocer
las necesidades, los procesos del proyecto y a su vez proponer una solución
estudiando del sistema alterno de alimentación de combustible para generadores.
Dentro de esta fase se espera poder conocer totalmente los requerimientos en
hardware y software para la consecución de los objetivos planteados anteriormente
y de esta forma satisfacer las necesidades del usuario del sistema mediante una
investigación diagnóstica y exploratoria.
FASE 2
Diseño técnico.
Esta fase está dirigida a la implementación de la solución a la propuesta tecnológica
mediante la aplicación de los conocimientos teóricos-prácticos adquiridos durante
el periodo de formación académica, el objetivo de la fase es definir los materiales y
componentes tecnológicos a utilizar para la implementación de la estructura,
analizar la interrelación del software y hardware, además de realizar la
documentación del diseño donde se describe la estructura del prototipo y la interfaz
para el monitoreo de manera gráfica en la pantalla HMI.
FASE 3
Simulación y evaluación.
Con la simulación se ratifica lo elaborado en las fases anteriores, se registran los
resultados de las mismas para posteriormente ser evaluados y ofrecer información
precisa sobre el funcionamiento y desempeño del sistema de control elaborado
mediante el empleo de investigación aplicada.
9
CAPITULO II
LA PROPUESTA
2.1 MARCO CONTEXTUAL
UBICACIÓN
Esta propuesta de mejora del sistema de control de procesos de alimentación de
combustible para un generador Hyundai, se realizará para la Central Térmica Santa
Elena, ubicada en el kilómetro 2 ½ vía Santa Elena–Ancón. Perteneciente a la
provincia de Santa Elena.
Figura 1: Ubicación de Central Térmica Santa Elena. (Google, 2017)
Está compuesta por 53 motores HYUNDAI a 1,7 MW cada uno. Los motores de
combustión interna de 4 tiempos instalados utilizan aproximadamente 130.000 Gal
(ciento treinta mil galones) de Fuel Oíl N° 4 diarios; combustible proporcionado
por PETROECUADOR.
Figura 2: Toma aérea de la estación termoeléctrica.
10
La Central Térmica Santa Elena entra en operación comercial el 4 de Marzo de 2011
desde allí se encuentra a la disposición del Centro Nacional de Control de Energía
(CENACE), la cual genera energía eléctrica para el país ininterrumpidamente.
CLIMA
De acuerdo a la ubicación de la central Termoeléctrica y los datos estadísticos en
información climática indican que el cantón Santa Elena cuenta con dos climas muy
marcados, estos son seco y lluvioso.
Las altas precipitaciones inician en el mes de diciembre y finalizan en el mes de
abril, por ende las bajas precipitaciones se presentan en los meses de junio a octubre,
como estación seca (SNI, 2014).
TEMPERATURA
En Santa Elena los valores de temperatura mínimos y máximos en el aire oscilan
entre 16-24°C y 24-32°C, respectivamente, mientras que la temperatura promedio
interanual es de 23.4°C (SNI, 2014).
AIRE
Es importante indicar que el cantón Santa Elena al estar ubicada en una zona costera
e influenciada por los vientos alisios tiene la ventaja de disipar la contaminación
que se produce en el aire costero, este cantón actualmente cuenta con un parque
industrial. (SNI, 2014).
AMBIENTE
Antonio (2014) indica que es de gran importancia el cuidado y protección del medio
ambiente en las empresas, así como estudiar y analizar las regulaciones vigentes y
la incidencia de la actividad empresarial constantemente.
Además se revisan constantemente situaciones tales como las emisiones gaseosas,
calidad de agua y suelo, así como niveles de ruido de la CTSE.
11
2.2 MARCO CONCEPTUAL
SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN
La Real Academia de las Ciencias Físicas y Exactas define la automática como el
conjunto de métodos y procedimientos para la substitución del operario en tareas
físicas y mentales previamente programadas, de esta definición original se
desprende la definición de la automatización como la aplicación de la automática al
control de procesos industriales. Se entiende como proceso a aquella parte del
sistema en que, a partir de la entrada de material, energía e información, se genera
una transformación sujeta a perturbaciones del entorno, que da lugar a la salida de
material en forma de producto.
Según Rodriguez (2016) los procesos se los puede identificar como procesos
continuos que se caracterizan por la salida del proceso en forma de flujo continuo
de material, procesos discretos que contemplan la salida en forma de unidades y
procesos batch que son aquellos en los que la salida del proceso se lleva a cabo en
forma de lotes de material.
Instrumentación de control
Según RODRÍGUEZ (2016) indica que los tres elementos básicos son el llamado
autómata programable PLC, el ordenador industrial y los reguladores industriales
(tanto en versión analógica como digital). Estos tres elementos comparten
protagonismo y es frecuente encontrar artículos de opinión donde se comenta el
futuro de la utilización de los PLC ante las continuas mejoras del control realizado
mediante ordenador. Disputas aparte, cada uno de estos elementos halla su
aplicación en la industria actual, y es por ello que la tendencia en los próximos años
sea la de continuar utilizando estos elementos
Control de procesos industriales
Desde el análisis académico este incluye la instrumentación de control (sensores,
12
actuadores, etc.), la aplicación a procesos industriales (tales como, la mezcla de
componentes de un reactor), la teoría del control básica de realimentación y acción
PID, las distintas arquitecturas de control (central y distribuido), las estructuras de
control (feedback, feedforward, cascada, etc.), y la teoría del control avanzada
(control predictivo, control multivariable, etc.), teniendo en estos varios de los
aspectos más relevantes (Rodríguez J. A., 2016).
Control por ordenador
El ordenador aparece en el control de procesos industriales a mediados de la década
de los años cincuenta en la forma de control centralizado, una arquitectura que ya
no se emplea hoy en día. Desde aquel entonces el computador contaba de unas
funciones que siguen estando presentes en las industrias modernas: monitorización,
vigilancia, control y supervisión. El ordenador puede utilizarse por sí mismo como
elemento regulador de procesos. Por otra parte, a través del puerto de
comunicaciones RS-485, el computador puede conectarse físicamente al autómata
programable, al controlador digital autónomo, o al panel de control de un robot
manipulador industrial y así extender las posibilidades de interacción entre estos
elementos. Gracias a la implementación de las comunicaciones industriales, el
computador puede formar parte de redes de ordenadores jerarquizados mediante la
utilización de un bus de bajo nivel (bus As-i), un bus de campo (PROFIBUS), o una
red de área local (Ethernet industrial) (Rodríguez J. A., 2016).
Lenguajes de programación
Un programa es una secuencia de instrucciones, para realizar tareas específicas. El
lenguaje de programación permite el ingreso de un programa de control en la
memoria del PLC usando una sintaxis establecida mediante la cual se expresa
operaciones matemáticas, aritméticas y lógicas entre otras. Para la programación
del PLC el más usado es el LADDER, en el que se describen los procesos que serán
llevados a cabo por la computadora, mediante su compilación se traducen en
instrucciones secuenciales. (Sánchez & Pacheco, 2016)
13
Clasificación de interfaces operario-máquina
Rodríguez (2016) menciona que las HMI (human-machine interfaces) son
destinadas a la automatización industrial se pueden clasificar en dos grupos: de
supervisión de procesos (basadas en SCADA Supervisory Control and Data
Acquisition) y las de manejo y visualización a nivel de máquina (basadas en
paneles). A su vez las HMI de manejo y visualización a nivel de maquina se
subdividen en dos grupos: paneles móviles y estacionarios.
Protocolo Modbus sobre conexión Rs485 utilizado en el prototipo
Modbus es un protocolo de comunicaciones serial basado en el modelo
maestro/esclavo, tiene más de 30 años en la industria, es público y muy seguro que
no requiere licencia y su implementación en relativamente fácil. El protocolo
Modbus es un protocolo que usa líneas seriales, por lo que comúnmente se
implementa sobre redes de comunicación RS485 sobre una red Ethernet. Mediante
el software nos permite interactuar con cualquier equipo que disponga de
comunicaciones con protocolo Modbus, en caso del Prototipo el gestor energético
EDS hará las funciones de maestro encargado de enviar los mensajes de solicitud
de información de valores de energía mientras que el analizador de redes CVM C10
será el esclavo encargado de responder al respectivo mensaje (Alejandro, 2016).
Profibus
Según Sarmiento (2016) Profibus es un estándar desarrollado para dar solución a
los problemas de conectividad de instrumentación de campo como: válvulas,
drivers de motores etc. Con los sistemas de automatización en sus diferentes
variantes tanto basado en controladores como en PCs. Está diseñado para cubrir
necesidades de automatización y producción con un intercambio de datos rápidos y
fiables. La tecnología desarrollada en Profibus permite su aplicación en varios de
los requisitos de la industria, ya que puede ser utilizado tanto para aplicaciones en
las cuales el tiempo de respuesta sea un parámetro crítico, como también en
aplicaciones que requieran una extensa y compleja red de comunicación
14
Característica general
Las redes Profibus fueron desarrolladas como un estándar de comunicación
pensado para la industria, está basado en el Modelo OSI aunque implementa solo
tres capas del mismo con el fin de facilitar la comunicación, las capas sobre las
cuales se desarrolla Profibus son las capas física y de enlace en donde se comparte
las principales características para los tres miembros, y la capa de aplicación que
se diferencia para cada caso según los servicios que se presten (véase Figura 3).
a. Capa Física: En la capa física PHY (PHYsical layer, “Capa Física”) se
establece las características de las señales que se transmiten y los dispositivos que
se involucran para dicho envió de datos, las señales pueden ser eléctricas según la
norma EIA26 RS-485, o IEC 1158-2 con seguridad intrínseca, u ópticas (Sarmiento
D. J., 2016).
b. Capa de Enlace de datos: En la capa de enlace de datos FDL (Field Data
Link Layer, “Capa de Enlace de Datos”) se establece la manera de comunicación
de los dispositivos controladores entre si y también con los elementos de campo,
para ello se ocupa básicamente el mecanismo de acceso llamado principal-
subordinado o maestro-esclavo (Sarmiento D. J., 2016).
c. Capa de Aplicación: Profibus es un estándar que ha eliminado las capas
de transporte, red, sesión y presentación al estar estas más enfocadas a redes de
datos, más bien los servicios de Profibus son manejados por la capa de aplicación
(Sarmiento D. J., 2016).
Figura 3: Capas Implementadas en Profibus
15
2.3 MARCO TEÓRICO
Dentro del marco teórico se detallan varios de los artículos estudiados por el autor
del presente Trabajo de Titulación.
De acuerdo a VON BERTALANFFY (2006) se entiende por proceso industrial a
todo desarrollo sistemático que conlleva una serie de pasos ordenados, los cuales se
encuentran estrechamente relacionados entre sí y cuyo propósito es llegar a un
resultado preciso, de forma general el desarrollo de un proceso conlleva una
evolución en el estado del elemento sobre el que se está aplicando dicho tratamiento
hasta que este desarrollo llega a su fin
Para ÁLVAREZ, SANTIAGO (2007) un proceso industrial está basado en el
aprovechamiento eficaz de los recursos de forma tal que éstos se conviertan en
materiales, herramientas y sustancias capaces de satisfacer más fácilmente las
necesidades de la producción y por consecuencia mejorar la calidad del o los
productos terminados dentro de una empresa.
Los procesos industriales son la consecución de la integración de acciones o
integración de máquinas para realizar un trabajo determinado, optimizando los
recursos industriales al máximo, para la elaboración o control de actividades.
Para FORRESTER (2008) los sistemas industriales se encargan de la regulación
automática de operaciones y del equipo asociado, así como de la integración y
coordinación de estas operaciones en un sistema de producción global.
Los sistemas industriales son un conjunto de elementos interdependientes e
interactuantes; grupo de unidades combinadas que forman un todo organizado. De
igual manera, se puede pensar que la organización es un sistema que consta de
varias partes interactuantes. Un sistema de control se encarga de la regulación
automática de operaciones del equipo asociado, así como de la integración y
coordinación de estas operaciones en un sistema de producción global (Castro &
García J. , 2012).
16
LOZANO Ángel (2008) manifiesta que la automatización como una disciplina de
la ingeniería es más amplia que un mero sistema de control, abarca la
instrumentación industrial, que incluye los sensores y transmisores de campo, los
sistemas de control y supervisión, los sistema de transmisión y recolección de datos
y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las
operaciones de plantas o procesos industriales.
Para MOREJÓN Anabel (2008) funciones que conciernen a la mejora del
desempeño y la seguridad del equipo, como son:
Monitoreo de seguridad.
Diagnóstico de mantenimiento y reparación.
Detección de errores y recuperación de la falla.
Los objetivos planteados para la automatización están enfocados a mejorar la
velocidad de producción y calidad de los diferentes procesos industriales, al punto
de que los mismos sean rentables para las empresas.
ALPUCHE Jorge Luis (2009) La automatización es un sistema donde se trasfieren
tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un
conjunto de elementos tecnológicos. La automatización es la tecnología que trata
de la aplicación de sistemas mecánicos, eléctricos y electrónicos en bases
computacionales para operar y controlar la producción a través de procesos.
Según ARIAS FABIÁN y BRAVO ADRIÁN (2016) Es necesario identificar
correctamente las oportunidades de modernización que pueden incluir mejora en la
calidad de energía, mejora en los servicios, aumento de capacidad, más
funcionalidades, flexibilidad, automatización y otros servicios.
Según TOMALÁ JEFFERSON VICENTE (2016) La situación actual de la
Central Termoeléctrica de Santa Elena ha identificado que la empresa pierde
grandes cantidades de dinero por motivos que se presentarse fallas no programadas
por ende se pretende implementar un sistema que consta de tecnología actual para
la supervisión de estos procesos.
17
2.4 COMPONENTES DE LA PROPUESTA
2.4.1 FÍSICOS
2.4.1.1 ALMACENAMIENTO DE COMBUSTIBLE
Para el almacenamiento del combustible la Central Térmica Santa Elena cuenta con
dos tanques reservorios de combustible pesado, HFO (High Fuel Oil), con
capacidad de 600.000 gal. (Seiscientos mil galones) cada uno, véase figura 4.
Adicional a esto cuenta con válvulas solenoides y bombas de uso específico de
HFO, para el control de paso hacia el proceso de sedimentación.
Fuente: Francisco Santana
Figura 4: Tanques de Almacenamiento de Combustible
Figura 5: Tanque de Almacenamiento de Combustible - HMI
18
2.4.1.2 SEDIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE
La sedimentación del HFO se realiza en tres tanques con capacidades de 50.000 gal.
(Cincuenta mil galones) cada uno, este proceso consiste en el asentamiento por
gravedad de los residuos sólidos presentes en el combustible.
Dentro de este proceso también se encuentran válvula solenoides y bombas de HFO
para cada uno de los tanques. Como se ilustra en la siguiente figura.
Elaborado por: Francisco Santana
Figura 6: Tanques de Sedimentación de Combustible
Figura 7: Tanques de Sedimentación de Combustible - HMI
19
2.4.1.3 TRANSFERENCIA Y PURIFICACIÓN DE COMBUSTIBLE
Una vez realizada la sedimentación del combustible, este es transferido a las
máquinas de centrifugación donde se separará el restante de agua presente en el
combustible, así como también las partículas sólidas que no pudieron ser removidas
en el proceso anterior y posteriormente enviadas a los tanques de servicio por medio
de una válvula solenoide y su respectiva bomba HFO como se detalla en las figuras
8 y 9.
Elaborado por: Francisco Santana
Figura 8: Transferencias y Purificación de Combustible
Figura 9: Transferencias y Purificación de Combustible - HMI
20
2.4.1.4 TANQUES DE SUMINISTROS O DE SERVICIOS
La central térmica posee tres tanques de servicio con capacidades de 50.000 gal.
(Cincuenta mil galones) donde se almacena el combustible purificado proveniente
del proceso anterior.
El combustible almacenado en estos tanques está listo para ser utilizado en los
motores de combustión interna que son alimentados por medio de válvulas
solenoides y bombas de HFO.
Elaborado por: Francisco Santana
Figura 10: Tanques Diarios o Tanques de Suministro
Figura 11: Tanques Diarios o Tanques de Suministro - HMI
21
2.4.1.5 DISTRIBUCIÓN DEL COMBUSTIBLE HACIA LOS MOTORES
DEL GENERADOR
Esta distribución se realiza a través de un sistema de bombas denominado
transferencia hacia las bahías, que cuenta con dos bombas, una activa y otra en
estado de espera a modo de emergente que entra en función dependiendo de la
programación de mantenimientos, tal como se muestra a continuación.
Tabla 1: Capacidad de almacenamiento de los tanques de combustible en m3
Figura 12: Estación de Bombas de Combustible
22
Elaborado por: Francisco Santana
Tabla 2: Características técnicas de Bombas de Combustible
Para el funcionamiento efectivo de los procesos anteriormente mencionados, se
utiliza válvulas solenoides y bombas de HFO con las características mencionadas
en las fichas técnicas incluidas en el presente documento, ver anexo 1.
Tipo: Tornillo
Caudal: 25 m3/h
Presión: 3,5 bar
Figura 13: Estación de Bombas de Combustible - HMI
Válvula Solenoide Bombas de HFO
Figura 14: Válvulas Solenoides y Bombas HFO
23
2.4.1.6 GENERADORES
Al terminar el proceso anterior el combustible es enviado a las unidades de motor
de diésel, la estación eléctrica cuenta con cuatro bombas generadores como se
muestra en la figuras 15 y 16.
Elaborado por: Francisco Santana
Figura 15: Generadores
Figura 16: Generadores - HMI
24
Tabla 3: Características técnicas del motor de combustión interna
2.4.2 LÓGICO
2.4.2.1 TIA PORTAL V13
Es el software de ingeniería más conocido y utilizado en la automatización
industrial en todo el mundo. La misma que ha facilitado la automatización de varios
procesos industriales, optimizando tiempos de producción, aumentando la
producción, disminuyendo costos con la mínima intervención del operario (Carrillo
& Morales, 2015).
Cabe resaltar que el software TIA Portal V13. Es exclusivo de SIEMENS.
Marca Hyundai
Tipo de Motor 9H21/32
Potencia: 1,8 MW cada unidad
Velocidad: 900 rpm
No. De cilindros: 9
Combustible: fuel oil clase 6
Revoluciones 900 rpm
Figura 17: Ventana de TIA PORTAL V.13
25
Características destacadas de TIA Portal versión V13.
En el mundo de la automatización, la complejidad de las tareas es variable por eso
un buen software de ingeniería debe garantizar la interoperabilidad a fin de ahorrar
tiempo y agilitar la flexibilidad en los proyectos (Carrillo & Morales, 2015).
2.4.2.2 LENGUAJE LADDER O DE CONTACTOS
Es conocido como lenguaje de escalera, al lenguaje de programación gráfico muy
popular dentro de los Controladores Lógicos Programables (PLC), debido a que
está basado en los esquemas eléctricos de control clásicos. De este modo, con los
conocimientos que todo técnico eléctrico posee, es más fácil adaptarse a la
programación en este tipo de lenguaje (Cangás, 2015).
Símbolo Nombre Descripción
Contacto NA
Se activa cuando hay 1 lógico, este es un
elemento de entrada.
Figura 18: Características destacadas de TIA Portal versión V13
26
Tabla 4: Símbolos del Lenguaje Ladder
Según Castro & García J. Y. (2012) Estos símbolos son los más usados en Lenguaje
Ladder y de ellos derivan muchos más que fueron incorporándose a medida que los
PLC fueron ampliando su gama de prestaciones. Existen también funciones
especiales, temporizadores, contadores, interrupciones, subrutinas, etc.
Contacto NC
Esta se activa con la presencia de un 0 lógico, de
igual manera es un elemento de entrada pero
negada.
Bobina NA
Este representa un elemento de salida y se activa
cuando la combinación existente a la entrada da 1
lógico.
Bobina NC
Se activa cuando la combinación que hay a su
entrada (izquierda) da un 0 lógico es
complemento de la bobina NA.
Bobina SET
Permite desactivar una bobina set previamente
activada.
Figura 19: Simbología de lenguaje Ladder
27
2.4.2.3 SOFTWARE DOPSoft 2.00.04
Para realizar la creación de pantallas en el HMI se necesita el software DOPSoft
2.00.04 que se muestra en la Figura 20, con el cual no es necesario realizar la
compra de la licencia para su uso ya que este software se lo puede obtener de manera
gratuita desde el portal web de Delta Electronics.
2.4.2.4 CADE SIMU
Para trazar un esquema eléctrico de una manera sencilla se utiliza el software CADE
SIMU donde nos permite insertar de forma sencilla los distintos símbolos
organizados en librerías para posteriormente ser simulado.
Esta simulación nos permite visualizar los conductores eléctricos sometidos al paso
de la corriente y el estado de cada uno de ellos cuando este activado.
Figura 20: Página Principal De DOPSOFT
Figura 21: Página Principal De CADe SIMU
28
2.5 DISEÑO DE LA PROPUESTA
PROPUESTA DE AUTOMATIZACIÓN
Con la recopilación de la información, se procura tener una solución que visualice
una repotenciación del equipo, donde se reutilizará algunos de los elementos y la
renovación de otros, logrando cubrir las necesidades de la generación energética.
Para cumplir los objetivos propuestos, se plantean las siguientes mejoras para el
sistema:
Diseño o estructuración de un control del sistema de forma remota y local.
Interfaz humano – máquina para lograr el control remoto del sistema.
Incorporar indicadores del sistema de medición de temperaturas.
2.5.1 DISEÑO ELECTRICO DEL SISTEMA
Mediante un diagrama de bloques se da una representación gráfica a groso modo
del funcionamiento interno de un sistema y los elementos implicados en el control
y supervisión del proceso. Contempla alimentación, la etapa de potencia y la
comunicación que requieren todos los elementos con el controlador central. En la
figura 22, se muestra el diagrama de bloque de los elementos que formaran parte
del sistema de control. (Rodríguez & Villacís, 2016)
DIAGRAMA GENERAL DEL SISTEMA
Figura 22: Diagrama de Bloque General del Sistema
29
DIAGRAMA DE TOPOLÓGICO DEL SISTEMA
2.5.1.1 VARIADOR DE FRECUENCIA DELTA VFD-EL
En la actualidad el uso de variadores de frecuencia es el método más eficaz y
eficiente para la variación de velocidad aplicado a los motores asincrónicos.
El variador de frecuencia (siglas VFD, del inglés: Variable Frequency Drive o bien
AFD Adjustable Frequency Drive). Es un sistema para el control de la velocidad
rotacional de un motor de corriente alterna (AC), por medio del control de la
frecuencia de alimentación suministrada al motor.
Los dispositivos son también conocidos como drivers de frecuencia ajustable
(AFD), drivers de CA o inversores. Esto se da a que el voltaje es variado a la vez
que la frecuencia.
Tipos de variadores de frecuencia
Existen dos tipos de variadores par constante y par variable o cuadrático:
Figura 23: Diagrama Topológico del Sistema
30
Par constante: Se utilizan en máquinas en las que el par motor no varía con
la velocidad
Par variable: Se utiliza en los sistemas en los que el par motor es
dependiente de la velocidad, ventiladores, bombas centrífugas, etc.
Debido a que la energía es convertida en continua, muchas unidades aceptan
entradas tanto monofásicas como trifásicas (actuando como un convertidor de fase,
un variador de velocidad). Tal como se muestra en la figura 24
Tabla 5: Características técnicas del Variador de Frecuencia
Marca DELTA
Modelo VFD007EL23A
Tipo de versión: A: Standard drive
Tensión de entrada de red: 3PH 200-240V 5.1A
Salida: 3PH 0-240V 4.2A
Rango de Frecuencia 0.1 ~ 600Hz
Figura 24: Variador de Frecuencia VFD007EL23A
31
CONFIGURACIÓN DEL VARIADOR:
Para la configuración de los parámetros del VFD-EL se debe tener en cuenta que
están divididos en 11 grupos. En la mayoría de las aplicaciones, el programador
puede utilizar todas las configuraciones de los parámetros antes de comenzar y sin
tener que hacer reajustes durante la operación.
Los 11 grupos son los siguientes:
Grupo 0: Parámetros del usuario
Grupo 1: Parámetros básicos
Grupo 2: Parámetros del método de operación
Grupo 3: Parámetros de la función de salida
Grupo 4: Parámetros de la función de entrada
Grupo 5: Parámetros de velocidad multietapa
Grupo 6: Parámetros de protección
Grupo 7: Parámetros del motor
Grupo 8: Parámetros especiales
Grupo 9: Parámetros de comunicación
Grupo 10: Parámetros de control del PID
A continuación se detalla los parámetros a utilizar en el presente proyecto:
Parámetro Explicación Descripción de
configuración
00,02 Reinicio de parámetros
9: Reestablece todos los
parámetros a sus valores
de fábrica.
02,00
Fuente del primer
comando de frecuencia
maestra
3: Comunicación RS-485
(RJ-45)
02,01 Fuente del primer
comando operacional
3: Comunicación RS-485
(RJ-45) STOP/RESET de
teclado habilitado
32
Tabla 6: Parámetros a utilizar en el presente proyecto
MEDIO DE TRANSMISION VARIADOR - PLC:
Para el medio de la comunicación y adquisición de datos entre dispositivos se
utilizara cable UTP categoría 5e, debido a sus principales características son
idóneas para la demostración de la simulación del proyecto, cabe recalcar que el
medio perfecto para esta clase de proyecto es el cable STP categorías 6a ya que sus
características los protegen del ruido eléctrico generado por los diferentes equipos
industriales.
Cable Par Trenzado Blindado (STP)
Este cable tiene una estructura de ocho hilos de cobre que se encuentran aislados
entre sí, anulando el efecto de las ondas eléctricas producido por ellos mismos al
momento de transmitir
Para la instalación o conexión de transmisión y resección de datos entre los equipos
Variador de Frecuencia y PLC se utiliza el cable par trenzado, teniendo en
consideración que el Variador de Frecuencia tiene su puerto de comunicación RS-
09,00 Dirección de
comunicación 1 a 254
09,01 Velocidad de transmisión 1: Tasa de baudios 9600
09,04 Protocolo de
comunicación 6: 8,N,1 (Modbus, RTU)
Figura 25: Cable Par Trenzado
33
485 integrada, para su conexión entre estos dos equipos se debe adaptar un conector
RJ-45 de un extremo y un conector DV9 del otro. Tal como muestra la figura 26.
La configuración interna de RS-485 serial interface del Variador de Frecuencia
consta de 8 pines los cuales cada uno representa funciones específicas, tal como se
ve en la figura 27. Teniendo en consideración dos principales pines para la
transmisión y recepción de datos. Tal como se muestra en la tabla 7.
Tabla 7: Pines principales para la transmisión y recepción de datos en el RJ- 45
Del otro extremo de cable se acoplara el dispositivo DV9 que ira conectado
directamente al módulo de comunicación MODBUS que está adaptado al PLC.
Datos RS-485 Variador de frecuencia (RJ-45)
D+ Pines 5
D- Pines 4
Figura 26: Cable Conector DV9 a RJ-45
Figura 27: RS-485 Serial Interface del Variador de Frecuencia
34
Del conector DV9 se tomara en consideración 2 pines principales tal como se
muestra en la figura 28 y en la tabla 8.
Tabla 8: Pines Principales para la Transmisión y Recepción de datos en DV9
Se toma en cuenta la conexión que se le realizo del cable para la comunicación al
conector DV9 considerando que de un extremo ya se conectó el RJ 45 con los pines
4 y 5 correspondientes a la configuración del Variador de frecuencia, es decir, se
conecta el pin 8 y 3 del dispositivo DV9 tal como lo muestra la gráfica 29.
Tabla 9: Identificación de pines importantes del Cable con Conectores RJ-45 a DV9
Datos RS-485 Conector DV9
D+ Pines 8
D- Pines 3
Datos RS-485 Variador de frecuencia (RJ-45) Conector DV9
D+ Pines 5 Pines 8
D- Pines 4 Pines 3
Figura 28: Conector DV9
Figura 29: Montaje del Cable con conectores RJ-45 a DV9
35
REGISTROS PARA FUNCIONES INTERNAS DEL VARIADOR:
El Variador de Frecuencia cuenta con registros internos donde almacena
información de todo los procesos que puede realizar, de los cuales se utilizará los
siguientes:
Tabla 10: Registros Internos del Variador de Frecuencia
2.5.1.2 CONTROLADOR DE TEMPERATURA MARCA DELTA DTB4848.
Los controladores de temperatura son aquellos dispositivos que nos permite medir
la temperatura de un entorno y nos da un equivalente en una señal analógica o
digital. Dependiendo de las aplicaciones que se vaya a dar se los catalogan de
diferentes maneras, por su precisión, área de uso y rangos en los que van a ser
manejados, entre otros parámetros. (Jara, 2012)
Su uso habitual es para control preciso de temperatura en máquinas industriales,
domésticas y sistemas en general. (ADAJUSA) Para efectuar el proyecto se utiliza
el Controlador de Temperatura mara Delta DTB4848 tal como se muestra en la
figura 30, con las siguientes características técnicas.
Registro Descripción
8193- 8194 Escribe en el registro
asignado del variador
Velocidad
8450-8451 Lee en el registro asignado
del variador
Velocidad
Figura 30: Controlador de Temperatura DTA4848R0
36
Tabla 11: Características técnicas del control de temperatura
Para efecto del proyecto se utilizaron dos de estos Controladores donde estarán encargados
de la tomas de las medidas de temperatura constantemente. La primera tomara la
temperatura en el sector del cuarto de centrifugación y el segundo Controladores se
encontrara ubicado en el sector del Viscosímetro.
CONFIGURACIÓN DEL CONTROLADORES DE TEMPERATURA:
Para un excelente funcionamientos de estos equipos controladores de temperatura se debe
tomar en cuenta que funcionan en una red MODBUS, por ende estos equipos necesitan ser
configurados con los siguientes parámetros, ver la tabla 12.
Para acceder a la configuración del controlador se debe mantener presionado el
botón ||SET|| por unos tres segundos, luego apareces un menú donde se podrá
configurar el controlador, para trasladarse entre los diferentes parámetros se
presiona el siguiente botón luego se presiona los siguientes
botones con estos se busca los valores adecuados según la configuración deseada
para cada parámetro y para aceptar los cambios configurados se presiona ||SET||
sucesivamente con todos los parámetros y una vez terminado el proceso de
configuración se presiona por última vez el botón ||SET|| para finalizar el proceso.
Marca DELTA
Modelo DTA4848R0
Consumo de potencia: 5 VA.
Tensión de trabajo: 100 a 240 Vac.
Métodos de control: PID, ON/OFF, manual
Termopares K, J, T, E, N, R, B, U, L, TXX
Dimensiones 48x48mm
Tasa de transmisión 2400 – 38400 baudios
Precisión de medida 0,1 %
Tasa de Muestreo 0,5 segundos
37
Parámetro Valor Función
J.
Asignación del termopar
que se esté utilizando.
on/off.
Selección del modo de
control.
Rtu.
Selección de variante de
MODBUS.
1; para el reservorio inicial.
2; para el reservorio final.
Selección de la dirección
para la comunicación
MODBUS.
9600.
Velocidad de transmisión
de datos.
8.
Configuración bits de
datos.
none.
Configuración del bit de
paridad.
1. Configuración de bit de Stop.
Tabla 12: Parámetros de Configuración Manual
MEDIO DE TRANSMISION CONTROLADOR DE TEMPERATURA –
PLC
Para el medio de la comunicación entre el controlador de temperatura y el PLC se
utiliza cable UTP categoría 5e, de igual manera como se hizo en la configuración
para el enlace entre variador y PLC, ya que es idóneo para la simulación del
proyecto. Teniendo en cuenta de la misma manera que el medio perfecto para estos
proyectos es el cable STP categorías 6a.
De la misma forma que el variador de frecuencia, el controlador de temperatura
para su funcionamiento, envió y recesión de datos D+ y D- este debe conectarse a
una red MODBUS ya que también tiene puertos de comunicación RS-485
integrados, es decir, se debe adaptar conectores para la comunicación entre
Controlador y PLC, estos puerto se encuentran en la parte posterior del equipo
38
controlador tal como se muestra en la figura 31.
Tabla 13: Identificación de Pines Importantes para la Transmisión y Recepción de datos
en el control de Temperatura
Para la transmisión y resección de datos entre los equipos Controlador de
Temperatura y PLC se necesita el cable par trenzado, teniendo en consideración los
pines 10 y 9 del Controlar de Temperatura, para su conexión entre estos dos equipos
se debe adaptar de un extremo del cable conectores tipo U y un conector DV9 del
otro extremo. Tal como muestra la figura 32.
Datos RS-485 Controlador de temperatura
D+ Pin 10
D- Pin 9
Figura 31: Parte posterior del Controlador de Temperatura
Figura 32: Cable DV9 con Terminales tipo U
39
A continuación se describe como se realiza la conexión del cable figura 32, entre
en controlador de temperatura y el conector DV9 considerando que de un extremo
del cable se encuentra conectores tipo u que irán conectados en los pines 9 y 10
correspondientes a la configuración del Controlador de Temperatura y del otro
extremo se conectara el pin 3 y 8 del conector DV9 tal como lo muestra la gráfica
33.
Tabla 14: Pines Importantes para la Comunicación
REGISTROS PARA FUNCIONES INTERNAS DEL CONTROLADOR DE
TEMPERATURA:
El controlador de temperatura cuenta con registros internos donde almacena datos
de todos los procesos que puede realizar dicho equipo, de los cuales se utilizará los
siguientes:
Datos RS-485 CONTROLADOR DE TEMP. Conector DV9
D- Pines 9 Pines 8
D+ Pines 10 Pines 3
Figura 33: Montaje del Cable DV9 a terminales tipo U
40
Tabla 15: Registros a Utilizar para Lectura y Escritura
2.5.1.3 ENLACE PARA COMUNICACIÓN – MODBUS RTU
Módulo de comunicación CM1241
Para el enlace entre estos dispositivos se utilizara protocolo de comunicación
MODBUS serial, este protocolo es un sistema abierto de red muy extendido para
automatizaciones industriales, fue diseñado en 1979 por Modicon para su gama de
controladores programables (PLCs).
El equipo que se utiliza para el enlace es el módulo de comunicación CM1241 este
dispositivo figura 34 es un módulo de expansión con interfaz RS-422 y RS-485.
La interfaz RS-485 es la más utilizada para realizar trabajos de redes industriales,
ya que se puede comunicar con equipos que tengan el mismo puerto serial, como
por ejemplo los variadores de frecuencias, entre otros.
Registro Descripción
44097
Registro de lectura.- Almacena el
valor de temperatura actual
registrado por el termopar
Pv.
44098
Registro de escritura.-Almacena
el valor de Set Point de temperatura
asignado por el usuario
Sv.
Figura 34: Módulo de Comunicación CM1241
41
Este dispositivo permite protocolos ideales que definen una estructura de mensajes
que los controladores podrán reconocer y utilizar sin tener en cuenta los tipos de
red que se utilicen para comunicarse.
El protocolo MODBUS es el protocolo de comunicación más común utilizado en
los entornos industriales, monitorización y sistemas de telecontrol.
Tabla 16: Datos técnicos CM 1241 RS-422 / RS-485
Figura 35: Protocolo Modbus
42
El principal objetivo principal del protocolo MODBUS es la comunicación entre
diferentes dispositivos electrónicos conectados en la misma red, preestableciendo
un dispositivo como maestro (MASTER) y varios equipos como esclavos
(SLAVE). (Gallegos & Delgado, 2015)
Modos de transmisión
Existen dos versiones principales de tipos de transmisión para definir el mensaje
transmitido por la red, estos modos de transmisión son:
MODBUS RTU para la comunicación serial convencional y MODBUS/TCP, que
emplea Ethernet como medio físico de transmisión.
Modo de transmisión MODBUS RTU
MODBUS RTU es un protocolo abierto, serial (RS-232 o RS-485) procedente de
la arquitectura (maestro/esclavo). Es un protocolo ampliamente aceptado debido a
su facilidad de uso y fiabilidad.
Al configuran los controladores en un red MODBUS usando el modo RTU (Remote
Terminal Unit) para su comunicación, cada byte de 8 bits en un mensaje contiene
dos dígitos hexadecimales de 4 bits.
Tabla 17: Tramas del protocolo MODBUS RTU
Parámetros Trama MODBUS RTU
Arranque T1, T2, T3, T4
Dirección 8 BITS
Función 8 BITS
Datos N * 8 BITS
Comprobación LRC. NO
Comprobación CRC. 16 BITS
Final T1, T2, T3, T4
43
Tabla 18: Propiedades de MODBUS RTU
2.5.2 DISEÑO LOGICO DEL SISTEMA
2.5.2.1 DIAGRAMA DE PETRI
Gracias a los diagramas se visualizara la lectura y el control de los proceso del
sistema. En los siguientes diagramas se contemplaran los diferentes sistemas de
control, originados en el controlador para el funcionamiento del sistema.
A continuación se detallara en variadas graficas los diferentes procesos del sistema,
teniendo en cuenta, que los diagrama de estado se representa por medio de entradas
y salidas donde las salidas podrían ser 0 o 1, ejemplo (0/1) donde 0 sería la entrada
y 1 la salida, los que significa si las salidas marcan en 0 se queda ciclado en el
proceso mencionado, hasta que se determínate la salida en 1 para pasar el siguiente
estado.
En la figura 36 se muestra el diagrama de estados del proceso de inicialización del
sistema alterno para la alimentación de combustible en generadores marca Hyundai,
en el mismo se visualiza que tiene salidas 1 lo que permite el paso al siguiente
proceso, el cuales es a los tanques de acumulación, donde se vuelve a ser la pregunta
y se encuentran 2 entradas, si se da como salida 0 permanecerá ciclado en dicho
proceso caso contrario si se tiene salida 1 permitirá el paso a los tanque T1 y T2, de
las misma manera nos permitirán el paso al siguiente proceso.
MODBUS RTU
Personajes Binario 0 … 255
Control de errores CRC comprobación de redundancia cíclica
Start Frame 3,5 caracteres silencio
Cuadro final 3,5 caracteres silencio
Lagunas en el mensaje 1,5 veces la longitud de caracteres
Bit de inicio 1
Bits de datos 8
Paridad Par / Impar Ninguno
Bits de parada 1 2
44
La figura 37 muestra la lectura del siguiente proceso en el cual tal como se mostró
en la gráfica anterior se visualiza el proceso en los tanques de sedimentación donde
el sistema se pregunta si su salida es 0 se ciclara en ese proceso, caso contrario sus
entradas son activadas se muestra 1 de salidas que permitirán la activación de los 3
tanques de sedimentación, al mismo instante una vez activos los tanques de
sedimentación se dará el paso al siguiente proceso.
En el siguiente diagrama se muestra el proceso de centrifugado donde le operario
activara el tanque de centrifugado y se encontrara con la entrada de temperatura,
donde si la temperatura no es la deseada se activa una salida que la envía al proceso
Figura 36: Diagrama Inicialización del sistema alterno
Figura 37: Diagrama - Proceso de Tanques de Sedimentación
45
de los tanques de sedimentación, como proceso de retroalimentación, caso contrario
si la temperatura si es la deseada se activa la salida que permite la activación del
motor de centrifugado y que por medio de este pasa al siguiente proceso que son
los Tanques diarios.
La figura 39 muestra el proceso de los Tanques Diarios de la cual siguiendo la
secuencia del sistema, en este proceso el operador se encuentra con la misma
situación que en los tanques de sedimentación donde si sus salidas marca 1 se
activan los tanque diarios, de la misma manera permiten el paso al proceso del
cuarto de bomba.
En el siguiente diagrama se describe el proceso del cuarto de bombas donde se
visualiza dos entradas las cuales son de presión, donde el sistema tomara la decisión
dependido la presión que están basadas en bares, si la presión en las tubería es igual
Figura 38: Diagrama -Proceso de centrifugado
Figura 39: Diagrama - Proceso Tanques Diarios
46
a 7 bares se activan las válvulas y la bomba 1 dando paso al siguiente proceso, caso
contrario si la presión es menor a los 7 bares se activan dos salidas permitiendo que
se activen las bombas 1 y 2 dando paso al proceso de viscosidad.
La última grafica muestra el proceso de Viscosidad donde el operador supervisa si
el combustible este acto para alimentar a los generadores bunker, este proceso se
encuentra con dos entradas de temperatura, si la temperatura no es la deseada se
activan dos entradas las cuales una es la válvula de vapor y la otra es la válvula que
da paso a la alimentación del sistema tradicional, caso contrario si temperatura es
la deseada automáticamente desactiva la válvula del sistema tradicional y se activa
la válvula que da el paso a la alimentación y al encendido de los bunker con el
sistema alterno.
Figura 41: Diagrama - Encendido de Bunker
Figura 40: Diagrama - Proceso Cuarto de Bombas
47
2.5.2.2 LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN
Existen variedades de lenguajes de programación que permite el desarrollo de la
programación de los PLCs, el software TIA Portal permite que los datos ingresados
sean utilizados y referenciados de acuerdo al tipo de programación ya que dispone
de tres lenguajes estándar dentro del S7-1200, los cuales se detalla a continuación:
KOP: Programación gráfica, utiliza esquemas de contactos o lenguaje tipo
escalera (ladder), basado en el uso de esquemas eléctricos clásicos.
FUP: Programación gráfica y utiliza diagrama de funciones que se basan en
la utilización de símbolos lógicos que se emplean en el álgebra booleana, las cuales
representan las tareas asignadas por medios de cuadros.
SCL: La programación es orientada a la maquina mediante lista de
instrucciones de alto nivel basadas en texto, este lenguaje de control estructurado
pueden combinarse con los leguajes KOP y FUP para optimizar la programación.
DIAGRAMA DE ESCALERA
STEP 7 tiene instrucciones lógicas, la cual cada bloque como máximo puede
contener hasta 999 segmentos. Los segmentos contienen contactos, temporizadores,
bobinas, etc., la cual cada uno de estos segmentos cumple una función específica
Figura 42: Esquemas de Contactos (KOP)
Figura 43: Diagrama de Funciones (FUP)
48
dentro del programa. Ver Figura 44.
1. Segmento: Lugar donde se colocan todos los elementos para la
programación.
2. Barra de alimentación: Línea donde circula de corriente para la habilitación
de los elementos.
3. Contacto normalmente abierto (NA): Este elemento para su activación
depende del estado de la variable, es decir si su estado lógico es “1” se cierra su
contacto y permite que el valor lógico de la entrada se transfiere a la salida.
4. Comentario: Se encuentra en la parte permite superior de la barra de
alimentación, en ese lugar se agregan notas, detalles especificando que hace dicho
segmento.
5. Contacto normalmente cerrado (NC): Este elemento es lo inverso del caso
del NA, es decir si su estado de operación es "1", se abre su contacto y permite que
su estado lógico en la salida de la instrucción sea "0".
6. Función lógica: Son los diagramas de funciones que auxilian a la
esquematización de la programación.
7. Circuito: Es el fluido de corriente que pasa entre los contactos para la
habilitación de la bobina.
8. Bobina: Estos elementos al activarse representan el bit de un operando
indicado.
A continuación se muestra en diferentes figuras la programación que se utiliza para
la implementación del sistema de control del proceso de alimentación de
Figura 44: Diagrama de Escalera
49
combustible para generador marca Hyundai.
Los gráficos que se revelaran son los que se utilizaron para la programación de ya
mencionado sistema, los mismo han sido divididos por segmentos para su mayor
eficacia y si en caso de haber fallas detectarlos de manera rápida.
El proyecto está dividido en dos PLCs, en Master (1 Principal) y Esclavo (2
Esclavo), el cual primero se visualizara los segmentos del PLC “1 Principal” con
su respectiva secuencia.
Programación del 1 Principal CPU 1212C
La figura 47 muestra el inicio del sistema.
Inicio del sistema
Figura 45: PLC (Master - Esclavo)
Figura 46: PLC Master o Principal
Figura 47: Segmento Inicio del Sistema
50
La figura 48 muestra el segmento del proceso para el almacenamiento de
combustible en los denominados Tanque Negros, de la misma forma se programa
los segmentos para los procesos de almacenamientos en los Tanques de
Sedimentación y Tanques Diarios.
Almacenamiento de Combustible en Tanques Negros
La figura 49 muestra la programación para la activación del motor centrifugador.
Activación de Centrifugador
La figura 50 muestra el segmento donde están los bloques específicos para el
control de temperatura, este proceso se acciona cuando el sistema se encuentra en
la activación del centrifugador figura 49, y los mismos se utilizarán en el PLCs (2
Esclavo) donde también se utiliza la configuración para el control de temperatura
Figura 48: Segmento Almacenamiento de Combustible
Figura 49: Segmento de Activación del Centrifugador
51
en el segmento de Viscosidad.
Bloque para control de Temperatura
En la figura 51 se visualiza el segmento donde se encuentra el bloque para el control
del Variador de Frecuencia, tomando en consideracion que se utiliza el mismo
bloque MB_COMM_LOAD de la grafica anterior, caso contrario se añadie ese
bloque.
Control del Variador de Frecuencia
Figura 50: Segmento Bloques para control de Temperatura
Figura 51: Segmento Control del Variador
52
La figura 52 muestra la compracion de temperatura que se realza para el momento
de tomar la decision y de esa forma pasar al siguiente proceso.
Comparador de datos de temperatura
La figura 53 muestra el bloque para la configuración de un dato analógico que sirve
en el sistema como la presión que ingresa al cuarto de bomba.
Ingreso de Datos Analógicos
Figura 52: Segmento Comparador de Datos de Temperatura
Figura 53: Segmento Ingreso de Datos Analógicos
53
La figura 54 muestra segmento donde se visualiza el proceso del cuarto de bombas,
en se procesó se activan las entradas que dan paso al encendido de las bombas que
se verán en la pantalla HMI.
Proceso del Cuarto de bombas
Figura 54: Segmento Cuarto de Bomba
54
La figura 55 contiene el segmento que muestra la programación que se realiza para
la configuración de los datos que se ingresa en el Variador de Frecuencia, a su vez
se visualizara en la pantalla HMI y en la pantalla del equipo
Configuración de datos para el Variador de Frecuencia
Para él envió de datos de PLC a PLC se los configura con los bloques PUT y GET,
el cual uno recibe y el otro envía, tal como se ve en la figura 56.
PUT y GET
Las instrucciones "PUT" y "GET" se utilizan para la comunicación utilizando
enlaces S7.
La instrucción "PUT" escribe datos en un interlocutor de comunicación remoto.
La instrucción "GET" lee datos del interlocutor de comunicación remoto.
Put y Get
Figura 55: Segmento Configuración de Datos del Variador
Figura 56: Segmento Put y Get
55
A continuación en la figura 57 muestra la programación de los flujos de combustible
en las tuberías, estos efectos son visualizados en el HMI que dan un efecto más real
para la supervisión y el control de la misma. Cabe recalcar que esta programación
es para todas las tuberías que sistema.
Flujo en Tuberías
Programación del 2 Esclavo CPU 1212C
A continuación se muestra los segmentos con su respectiva programación, cabe
recalcar, que ciertos segmentos contienen la misma programación que el PLC 1,
por ejemplo los bloques del control de temperatura y los del control del variador de
frecuencia, por ende solo se visualizaran los segmentos que no se repiten en los
anteriores gráficos.
Figura 57: Segmento para Flujo de Tuberías
Figura 58: PLC 2 (Esclavo)
56
La figura 59 visualiza él envió de un dato del PLC Principal al PLC Esclavo donde
se hace una comparación dando como resultado el encendido de una bobina, que a
su vez encenderá una alarma tanto en la pantalla HMI como física ya sea este un
indicador, esta programación se repite para todas los demás segmentos que tengan
el mismo procedimiento.
Encendido de Indicadores
La figura 60 visualiza el segmento donde se configuro los datos para el ingreso al
variador de frecuencia.
Configuración para los datos de presión
Figura 59: Segmento Encendido de Indicadores
Figura 60: Segmento Configuración de datos de presión
57
Proceso Final
Para el proceso final se muestran dos figuras 61 y 62 donde la primer grafica
corresponde al PLC Principal en la cual se visualizara la última secuencia hasta el
encendido de los Generadores Bunker, de la misma manera la segunda grafica
corresponde al PLC Esclavo donde se visualiza el encendido de los generadores
pero por medio de una bobina que a su vez enciende un indicador que permite al
operador observar su que está funcionando en prefectas condiciones.
Final de Proceso
Encendido de Indicadores del Final del Proceso
Figura 61: Proceso final PLC1
Figura 62: Proceso final PLC2
58
2.6 PRUEBAS
En el siguiente ítem se muestra los diferente experimentos de funcionamiento de
los elementos que intervienen en el sistema, para verificar la correcta funcionalidad
se sometió a una serie de pruebas con el fin de observar e identificar si existen
errores en el programa, de esa manera corregirlos de manera rápida y a su vez se
obtendrá conclusiones del proyecto.
2.6.1 ADQUISICIÓN DE DATOS DEL CONTROL DE TEMPERATURA
A LAS BASE DE DATOS DEL PLC
A. Objetivo
Enviar y recibir datos desde el control de temperatura a las bases de datos que se
encuentran en el software TIA PORTAL.
B. Criterio de éxito
Se considera que la prueba de adquisición de datos es exitosa cuando la información
que emite del controlador de temperatura llega sin errores a las bases de datos,
utilizando las herramientas de codificación necesarias y los equipos de
comunicación apropiados para el envío y recepción de datos
C. Experimentos
Los experimentos que se realizaron para esta prueba se enfocaron principalmente
en la adquisición y envió de datos entre el controlador de temperatura y el
computador o en este caso con la programación que está en el PLC.
Para este experimento se realizaron algunas pruebas teniendo en cuenta que se tiene
los datos de temperatura precisos en los registros del controlador físico, por ende se
tomará las mismas pruebas.
Las pruebas que se realizaron fueron para verificar si la comunicación entre PLC y
59
controlador de temperatura, de esa manera poder manipular los datos de
temperatura que son enviados gracias a la termocupla ya instalada.
La programación para este experimento se lo mostró anteriormente en la figura 51.
A continuación se muestra la figura 63.
(a) Se visualiza la termocupla y el controlador de temperatura enviando y recibiendo
datos.
(b) Representa los equipos PLC y el módulo de comunicación donde se observa que
si se está enviando y recibiendo datos de equipo a equipo.
Por ultimo (c) muestra las base de datos que emite el control de temperatura, gracias
a la comunicación que existen entre estos equipos.
a) b)
c)
Figura 63: Prueba 1
60
D. Resultados
Como resultado se aprecia que la programación que se utiliza para la adquisición y
envió de los datos es confiable ya que de las pruebas realizadas el 100% fue exitosa.
A continuación se muestra la tabla 19 con los valores de las diversas pruebas.
# DE
PRUBA
DATOS
SENSOR
TIPO DE
DATO DIRECCIÓN
DATA
BLOCK
DATO
RECIBIDO
CRITERIO
1 25.6 WORD 0.0 256 EXITOSO
25.0 WORD 2.0 250 EXITOSO
2 15.0 WORD 4.0 150 EXITOSO
14.5 WORD 6.0 145 EXITOSO
3 30.0 WORD 8.0 300 EXITOSO
32.0 WORD 10.0 320 EXITOSO
4 27.4 WORD 12.0 274 EXITOSO
25.9 WORD 14.0 259 EXITOSO
5 32.0 WORD 16.0 320 EXITOSO
30.0 WORD 18.0 300 EXITOSO
Tabla 19: Resultados de Prueba 1
2.6.2 ESCRITURA DE DATOS DEL PLC AL CONTROLADOR DE
TEMPERATURA
A. Objetivo
Enviar los datos de temperatura desde el PLC al registro Sv. Del controlador de
temperatura por medio de las pantallas HMI.
B. Criterio de éxito
Se considera que la prueba es exitosa cuando al escribir los datos desde las pantallas
HMI se guardan en las base de datos del sistema del PLC sin mostrar errores, de tal
61
manera por medio de la codificación ya antes mencionada y la comunicaciones que
existe entre estos dos equipos se considera que es exitosa cuando se visualiza los
datos que se enviaron desde el PLC en los registros del set Point (SV). del
controlador temperatura, caso contrario si no visualizan los datos enviados desde
la pantalla HMI al controlador de temperatura se considera que la prueba no es
exitosa.
C. Experimentos
Para esta prueba se realizaron diversos experimentos donde el principal objetivo es
escribir los datos que se envían desde las pantallas HMI a los registros del
controlador de temperatura.
Tomando en cuenta que en la prueba anterior el controlador físico envía datos al
PLC, es decir, gracias a la termocupla y al controlador de temperatura se obtienen
datos del ambiente que son enviados directamente al PLC.
En este experimento se realizara lo mismo pero de manera inversa, se enviaran los
datos desde el PLC al controlador de temperatura al registro del Sv. por medio de
las pantallas HMI.
(a) muestra la pantalla en donde se encuentre un botón, que a la vez presionado
despliega otra pantalla que permitirá el ingreso de los datos que se desea escribir en
el controlador de temperatura.
a)
62
Una vez que se ingresen los valores deseados y de acorde a la programación y el
direccionamiento que tienen, estos valores pasan directos a las bases de datos que
ya están programadas y configuradas tal como muestra (b).
Al enviar los valores desde las pantallas HMI estos llegan a las bases de datos y son
enviados al controlador de temperatura sin errores, estos valores son visualizados
en los registros del Sv. El cuál es el Set Point que manipulara el operador según el
funcionamiento, (c).
Cabe recalcar que la programación que utiliza para la recepción y transmisión de
datos se la observa en la figura 50 en donde muestran los bloques configurados con
el número del equipo, el modo, 0 para escritura, 1 para la lectura y la dirección de
las bases de datos en donde se almacenas los datos enviados.
b)
c)
Figura 64: Prueba 2
63
D. Resultados
Como resultados se aprecia una tabla con 10 pruebas realizadas para él envió de
datos desde el PLC al controlador de temperatura por medio de las pantallas HMI,
el 100% de estas pruebas se dio sin falla, concluyendo que las configuraciones y la
programación realizada para la recepción y transmisión de datos es confiabilidad,
para ello se muestra la tabla 20 con las pruebas exitosas.
# DE
PRUBA
DATOS
INGRESADOS
POR HMI
TIPO
DE
DATO
DIRECCIÓN
DATOS
DEL
CENSOR
Sv.
CRITERIO
1 300 WORD 2.0 30.0 EXITOSO
2 150 WORD 2.0 15.0 EXITOSO
3 100 WORD 2.0 10.0 EXITOSO
4 250 WORD 2.0 25.0 EXITOSO
5 300 WORD 2.0 30.0 EXITOSO
6 320 WORD 2.0 32.0 EXITOSO
7 469 WORD 2.0 46.9 EXITOSO
8 320 WORD 2.0 32.0 EXITOSO
9 325 WORD 2.0 32.5 EXITOSO
10 105 WORD 2.0 10.5 EXITOSO
Tabla 20: Resultados de Prueba 2
2.6.3 ADQUISICIÓN Y RECEPCIÓN DE DATOS ENTRE PLC Y
VARIADOR DE FRECUENCIA
A. Objetivo
Enviar y recibir datos desde el PLC a de acorde a la programación realizada, a los
registros internos del variador de frecuencia utilizando comunicación RS-485.
64
B. Criterio de éxito
Se considera que la prueba es exitosa cuando el envío y la recepción de los datos
llegan a los registros internos del variador de frecuencia sin presentar ningún error,
caso contrario se considera que no prueba no es exitosa.
C. Experimentos
Para esta prueba se realizaron diversos experimentos tomando en cuenta la
programación y resultados de la anterior prueba, ya que si bien es cierto, llevan
simular programación y configuración.
Este experimento se realizó para verificar la comunicación entre PLC y el variador
de frecuencia, de esa manera poder manipular los datos que se envían desde el PLC
y a su vez recibirlos en los registros internos del variador.
En la sesión anterior en donde se muestran los diagramas de escaleras se visualizan
los bloques y la programación para llevar con éxito este experimento, por ende se
muestra a continuación con diversas figuras en donde se realizan las pruebas.
A continuación se muestra dos graficas (a), (b), en donde:
(a) permite visualizar los datos que están en las bases de datos del sistema y que
serán enviados y el variador de frecuencia.
a)
65
Una vez que los valores asignados por el PLC lleguen a las bases de datos, estos se
escriben inmediatamente en los registros internos del variador (b).
D. Resultados
Como resultados se muestra la tabla 21 en donde se comprueba que la programación
y configuración que se realizaron para él envía y recepción de datos entre el PLC y
el Variador de Frecuencia es de total confiabilidad.
# DE
PRUBA
DATA
BLOCK
DATO
ENVIADOS
TIPO DE
DATO DIRECCIÓN
REGISTROS
DEL
VARIADOR
CRITERIO
1 600 WORD 0.0 60.0 EXITOSO
2 000 WORD 2.0 00.0 EXITOSO
3 600 WORD 0.0 60.0 EXITOSO
4 120 WORD 2.0 12.0 EXITOSO
5 600 WORD 0.0 60.0 EXITOSO
6 350 WORD 2.0 35.0 EXITOSO
7 000 WORD 0.0 00.0 EXITOSO
8 600 WORD 2.0 60.0 EXITOSO
9 600 WORD 0.0 60.0 EXITOSO
10 100 WORD 2.0 10.0 EXITOSO
Tabla 21: Resultados de la Prueba 3
b)
Figura 65: Prueba 3
66
2.6.4 ADQUISICIÓN Y RECEPCIÓN DE DATOS DE PLC A PLC
A. Objetivo
Enviar y recibir datos de PLC a PLC por medio de la comunicación S7.
B. Criterio de éxito
Se considera que la prueba es exitosa cuando se recibe y se transmite datos de PLC
a PLC y estos llegan a las bases de datos sin mostrar ningún error, también se
considera exitosa cuando la programación, la configuración y los enlaces están
correctamente instalados gracias a la comunicación S7, caso contrario se considera
que la prueba no es exitosa.
C. Experimentos
Para esta prueba se realizaron diversos experimentos en la cual se consideró algunos
aspectos de las cuales la principal fue la codificación y el buen enlace que se adaptó
para realizar una buena comunicación entre estos dos equipos.
El experimento consiste enviar y recibir datos, para llevar a cabo esta prueba se
utilizaron los bloques PUT y GET los cuales están detallados en la sesión de
diagramas de escaleras en las figuras 56, en donde gracias a estos bloques bien
configurados se tendrá la comunicación que se desea.
(a) Muestra una sesión del diagrama de escalera en donde se visualiza el envío de
un dato en este caso se moverá un número a una base de datos en el PLC principal.
a)
67
(b) se observa que los datos que se enviaron se encuentran en la base de datos, y ese
valor ya está listo para ser enviado desde el PLC1 Y ser recibido por PLC2.
Gracias a la codificación y a los bloques PUT y GET ver figura 57, se enviaran los
datos del PLC1 al PLC2, (c) muestra la pantalla de la base de datos del PLC2,
visualizando que los datos se reciben sin errores.
D. Resultados
Como resultado se visualiza que la programación y la configuración para el envío
y recepción de datos de PLC a PLC son confiable, a continuación se muestra la
tabla 22 con valores de pruebas exitosas.
b)
c)
Figura 66: Prueba 4
68
# DE
PRUBA
DATA
BLOCK
PLC 1
TIPO DE
DATO DIRECCIÓN
DATA
BLOCK
PLC 2
CRITERIO
1 10 WORD 0.0 10 EXITOSO
2 1 WORD 2.0 1 EXITOSO
3 300 WORD 4.0 300 EXITOSO
4 20 WORD 6.0 20 EXITOSO
5 45 WORD 8.0 45 EXITOSO
6 3 WORD 10.0 3 EXITOSO
7 13 WORD 12.0 13 EXITOSO
8 27 WORD 14.0 27 EXITOSO
9 2 WORD 16.0 2 EXITOSO
10 100 WORD 18.0 100 EXITOSO
Tabla 22: Resultados de Prueba 4
2.6.5 ADQUISICIÓN Y RECEPCIÓN DE DATOS ENTRE HMI A PLC
A. Objetivo
Enviar y recibir datos con medio de entornos gráficos desde las pantallas HMI a los
PLC.
B. Criterio de éxito
Se considera que la prueba exitosa cuando el operador puede controlar el sistema
enviando y recibiendo datos desde las pantallas HMI al PLC, de igual manera se
considera exitosa cuando al programar las pantallas para que se pueda visualizar
gráficamente los botones ya preestablecidos funcionen sin mostrar errores, de lo
contrario se considera que la prueba no fue exitosa.
C. Experimentos
Para esta prueba se realizó múltiples experimentos en la cual se consideró algunos
aspectos de los cuales fueron la codificación y la configuración que se le realiza a
69
la pantalla HMI.
El experimento consiste en enviar y recibir datos desde la pantalla HMI,
presionando algún botón o ingresando algún valor numérico, estos datos reflejarse
en alguna data block o encender alguna marca.
A continuación se muestra la figura 67:
(a) muestra la pantalla HMI del sistema ON/OFF en donde se visualizan los dos
botones uno de inicio, otro de paro y un tercero que es un led, estos están en estados
desactivados ya que aún no se ha pulsado ningún botón.
a) b)
c)
d)
Figura 67: Prueba 5
70
(b) Muestra que pulsando el botón de Inicio en la HMI de inmediatamente se
enciende el indicador.
(c) Presenta la misma pantalla pero esta vez se presiona el botón Paro (botón rojo),
donde inmediatamente se deshabilita el indicador es decir apaga el led.
Por último (d) visualiza las líneas codificadas que interactúan al momento de la
pantalla HMI envía el dato de encendido y se observa que el PLC está recibiendo
información e inmediatamente manda a encender el indicador.
D. Resultados
Como resultado se observa la tabla 23, en donde se realizaron 10 pruebas para la
adquisición y envió de datos desde las HMI hasta el PLC, las cuales el 100% de ellas no
presentaron error, tal como se presenta en la siguiente tabla.
# DE
PRUBA
HMI
ADDRESS
DIVICE
TYPE LINK PLC 1
DIRECCIÓN
TIPO
VARIABLE CRITERIO
1 2.0 I EtherLink 2.0 I EXITOSO
2 50.0 M EtherLink 50.0 M EXITOSO
3 0.0 Q EtherLink 0.0 Q EXITOSO
4 20.4 M EtherLink 20.4 M EXITOSO
5 1.0 I EtherLink 1.0 I EXITOSO
6 0.1 Q EtherLink 0.1 Q EXITOSO
7 3.0 I EtherLink 3.0 I EXITOSO
8 27.2 M EtherLink 27.2 M EXITOSO
9 0.2 Q EtherLink 0.2 Q EXITOSO
10 100.0 M EtherLink 100.0 M EXITOSO
Tabla 23: Resultaos de Prueba 5
71
2.6.6 CONTROL DE VARIADORES MEDIANTE EL DATO DE
PRESIÓN
A. Objetivo
Controlar él envió y la recepción de datos que son proporcionados por el valor de
presión a los variadores de frecuencia.
B. Criterio de éxito
Se considera que la prueba es exitosa cuando los datos proporcionados de presión
son enviados de manera analógica al PLC, este último convierte esos valores en
digitales y los reenvían a los variadores de frecuencia sin presentar error, caso
contrario se considera que la prueba no es exitosa.
C. Experimentos
Para esta prueba se realizaron múltiples experimentos para él envió de datos hacia
los variadores pero con aspectos diferentes ya que se trata de valores de presión que
son propiciados por equipos externos, con configuraciones que van valores
analógicos, que a su vez son transformados para la respectiva manipulación de sus
datos.
Para proporcionar valores de presión en este experimento se utiliza un
potenciómetro el cual se lo conecta en los canales de entradas analógicas que facilita
el PLC, estos canales se encuentran en la parte superior del PLC, tal como se
muestran (a).
a)
72
b)
c)
d)
Figura 68: Prueba 6
73
Una vez configurado, conectado y correctamente codificado, ver codificación en la
sesión de diagrama de escalera en la figura 55, se escalan los valores que ingresaron
de manera analógica y se envía a las bases de datos previamente configurados. (b)
Por último se mueve los valores de las base de datos en donde se guardan los valores
para enviarlos a los registros internos del variador de frecuencia y en la pantalla
HMI, (c).
D. Resultados
Como resultado se visualiza que la programación y la configuración para el envío
y recepción de datos de PLC por medio del control de presión a los Variadores de
Frecuencia son confiables, ya que de 10 pruebas realizadas el 100% de estas no
presento errores, a continuación se muestra la tabla 24 con valores de pruebas
exitosas.
# DE
PRUBA
CONTROL
DE
PRESIÓN
TIPO DE
DATO DIRECCIÓN
DATA
BLOCK
PLC
CRITERIO
1 7 WORD 0.0 60.0 EXITOSO
2 1 WORD 2.0 10.0 EXITOSO
3 10 WORD 0.0 60.0 EXITOSO
4 3 WORD 2.0 38.0 EXITOSO
5 0 WORD 0.0 0.00 EXITOSO
6 4 WORD 2.0 47.6 EXITOSO
7 3 WORD 0.0 45.0 EXITOSO
8 10 WORD 2.0 60.0 EXITOSO
9 2 WORD 0.0 35.0 EXITOSO
10 9 WORD 2.0 60.0 EXITOSO
Tabla 24: Resultados de Prueba 6
74
2.7 ESTUDIO DE FACTIBILIDAD
2.7.1 FACTIBILIDAD TÉCNICA
La factibilidad técnica determina y demuestra si el sistema de control del proceso
de alimentación de combustible para generador Hyundai, modelo 9h21/32, tendrá
éxito al momento de la implementación y operación del mismo.
Técnicamente es factible, para esto se analizaron varios aspectos que se
mencionarán a continuación:
Para este sistema se cuenta con el recurso humano calificado y disponible
que participara en el desarrollo y funcionamiento del sistema de control.
La principal característica de este sistema son los elementos, debido a que
son de fácil adquisición en el mercado mundial, por ende se tomara en cuenta las
especificaciones técnicas del Hardware para el óptimo desarrollo ya que el sistema
de control está diseñado en base a componentes de programación estándar , lo que
permite que se rediseñe el sistema en el futuro, con el fin de mejoras para la
operación, en caso de prestarse fallas en los equipos se compra y se reemplaza, de
esa manera seguir la operación de la industria y no existan paralizaciones.
La selección del software de este proyecto dependería del equipo principal
ya que en ellos se personalizará el sistema por ende se utilizó Tia PORTAL, el cual
es un software especial para equipos de la marca Siemens, en este se programó los
diferentes procesos, el cual mediante la simulación se visualiza la correcta
comunicación que este hace con los demás equipo.
Además para el desarrollo e implementación de este sistema automatizado
se realizaron múltiples investigaciones preliminares, considerando y analizando los
diversos recursos tecnológicos, se determinó que los más esenciales para el
desarrollo e implementación son:
75
Hardware para el Desarrollo
Software para el Desarrollo de la programación.
Hardware para Implementación del sistema.
A partir del análisis de los recursos de hardware y software necesarios para el
desarrollo e implementación del sistema de alimentación para generadores se
determinaron los siguientes puntos.
Con respecto a hardware se tuvo que autofinanciar la mayoría de los equipos y
dispositivos para completar el desarrollo e implementación, del cual se presentan
en las siguientes tablas:
Cantidad Hardware Descripción
1 Computadora portátil
Procesador i5 2.10GHz, 4GB
de memoria,
1 TB de Disco Duro
1 Impresora Multifunción Epson L350 Multifunción
1 Disco Externo 120 GB
Tabla 25: Hardware para el desarrollo
Con respecto al Hardware para la implementación se necesitara los siguientes equipos,
ver en la siguiente tabla:
76
Cantidad Software Descripción
2 PLC S7 1200
Controlador modular
SIMATIC S7-1200
2 CM1241 MODULO DE
COMUNICACIÓN RS485
1 PANTALLA HMI DELTA 4.3"
1 SWITCH Next de 24 puertos
2 CONTROL DE TEMPERATURA DTB4848VRE
2 VARIADOR TRIFASICO 200-240
VAC 1HP-0.75 KW VFD 007
5 BREAKER SIEMENS 2P 20AMP
2 TERMOCUPLA TIPO J
1 PULSADORES ROJO
1 PULSADORES VERDE
4 LUZ PILOTO ROJO
4 LUZ PILOTO VERDE
2 RACK
300 BORNERAS PARA RIEL
40 TOPE DE BORNE
4 CANALETAS
2 REGLETAS
6 PORTAFUSIBLES
2 CONECTORES DV9
1 CABLES #12
1 CABLE #14
2 ENCHUFES
1 MULTIMETRO DIGITAL
Tabla 26: Hardware para la implementación
2.7.2 FACTIBILIDAD FINANCIERA
De acorde al estudio y al análisis previo para la creación de este proyecto se evaluó
que era necesario contar con recursos que deben ser considerados para el desarrollo
77
de este proyecto, los cuales se detallan a continuación con sus respectivas tablas de
descripción de recursos y costos.
Ya sean en la parte del Hardware, Software, Personal y Recursos Administrativos,
tomado en cuenta que todos estos son estrictamente necesarios para el buen
desarrollo del mismo.
A continuación se detallan las siguientes tablas:
COSTOS DESARROLLO DEL SISTEMA
En la siguiente tabla se detallan los costos totales de todo lo necesario que se llevará
para el desarrollo del sistema.
DESCIPCIÓN SUB TOTAL
Hardware $ 1.150,00
Software $ 300,00
Suministro $ 250,00
TOTAL EN DESARROLLO $ 1.700,00
Tabla 27: Total en Desarrollo del Sistema
2.7.2.1 COSTOS DE IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA
En las siguientes tablas detallan el costo que llevará la implementación del sistema.
78
CANTIDAD HARDWARE VALOR
UNITARIO
SUB
TOTAL
1 MONTAJES E IMPLEMETACIÓN $ 500,00 $ 500,00
2 PLC S7 1200 $ 500,00 $ 1.000,00
2 CM1241 MODULO DE
COMUNICACIÓN $ 257,00 $ 514,00
1 PANTALLA HMI $ 419,19 $ 419,19
1 SWITCH $ 120,00 $ 120,00
2 CONTROL DE TEMPERATURA $ 104,52 $ 209,04
2 VARIADOR TRIFASICO $ 261,47 $ 522,94
5 BREAKER $ 19,70 $ 98,50
2 TERMOCUPLA $ 6,98 $ 13,96
1 PULSADORES VERDES $ 1,51 $ 1,51
1 PULSADORES ROJOS $ 1,51 $ 1,51
4 LUZ PILOTO VERDES $ 1,38 $ 5,52
4 LUZ PILOTO ROJOS $ 1,38 $ 5,52
300 BORNERAS PARA RIEL $ 1,16 $ 348,00
2 RACK DE PISO $ 120,00 $ 240,00
40 TOPE DE BORNE $ 0,20 $ 8,00
4 CANALETAS $ 6,05 $ 24,20
2 REGLETAS $ 50,00 $ 100,00
6 PORTAFUSIBLES $ 1,87 $ 11,22
2 CONECTORES DV9 $ 3,00 $ 6,00
2 CABLES #12 $ 20,00 $ 40,00
2 CABLE #14 $ 20,00 $ 40,00
10 ENCHUFES $ 1,50 $ 15,00
1 MULTIMETRO DIGITAL $ 25,00 $ 25,00
1 ENVIO $ 26,00 $ 26,00
1 GASTOS VARIOS $ 155,00 $ 155,00
Total de Gasto en Implementación de Hardware $ 4.450,11
Tabla 28: Total Hardware en Implementación
En esta sesión no se encuentra alguna tabla donde se describe el total en gastos de
implementación en Software ya que se encuentran detallados en la tabla de gastos
de desarrollo, por ende se muestra la tabla con el total en implementación.
79
En esta tabla se muestran los valores de los costos totales para el sistema, tanto los
costos del desarrollo y el costo total de implementación:
DESCIPCIÓN SUB TOTAL
Desarrollo $ 1.700,00
Implementación $ 4.450,11
COSTO TOTAL $ 6.150,11
Tabla 29: Costo Total para el Sistema
Análisis de periodos de mantenimientos de generadores
Para el análisis de los periodos de mantenimiento se debe tomar en cuenta los
siguientes criterios:
- Tiempo de uso en horas.
- Calidad del combustible que alimenta el generador.
Comúnmente el uso de los generadores termoeléctricos de la Corporación eléctrica
del Ecuador (CELEC EP) es contante las 24 horas, razón por la cual en este caso en
particular el tiempo del mantenimiento se verá determinado únicamente por la
calidad del combustible suministrado al generador.
A continuación se muestra la tabla 31 que contiene las especificaciones del tiempo
de mantenimiento recomendadas por el fabricante.
MANTENIMIENTOS
2OO HORAS
1000 HORAS
3000 HORAS
1000 HORAS
12000 HORAS
36000 HORAS
Tabla 30: Mantenimientos recomendadas por el fabricante
Fuente: Fabricante
80
Para lograr este tiempo de funcionamiento es necesario que el combustible sea de
óptimas condiciones, ver Anexo 2, las mismas que se alcanzan al tener un mayor
control sobre los procesos de alimentación de combustible de generador
termoeléctrico Hyundai 9h 21/32.
A continuación se detalla en tabla 32 diferentes casos de mantenimiento realizados
en la Planta Generadora Che Guevara – Nicaragua, en los que no se han alcanzados
los tiempo sugeridos por el fabricante. (Morales., 2015)
PLANTA
GENERADORA MES
TIEMPO DE USO
EN HORAS
COSTO DE
MANTENIMIENTO
CHE GUEVARA
Enero 600 $ 6.052,21
Febrero 300 $ 365,74
Marzo 800 $ 10.712,24
Abril 400 $ 4.354,48
Mayo 1000 $ 24.554,35
Tabla 31: Caso de Mantenimiento Planta Che Guevara
Los costos de mantenimiento de un generador son de aproximadamente $ 6.791,40.
(Naranjo, 2013)
La figura 69 presenta los gastos de la Planta Che Guevara, donde se observa que el
gasto promedio mensual es de $ 9207,80 por los meses inactivos del sistema que
han requerido de un mantenimiento correctivo del mismo.
Fuente: Francisco Santana Figura 69: Gastos Mantenimiento Planta Che Guevara
81
En la figura 70, se aprecia la diferencia del gasto económico mensual por
mantenimientos del sistema de alimentación de combustible del generador marca
Hyundai modelo 9h 21/32.
Fuente: Francisco Santana
La figura 71 muestra el tiempo que representa el valor gastado en los
mantenimientos.
Fuente: Francisco Santana
Figura 70: Grafico Estadístico de Gastos entre sistemas
Figura 71: Grafico Estadístico de Tiempos de Mantenimiento
82
A continuación en la tabla 32 muestra los valores de combustible nivel 2 o
combustible pesado que utilizan los motores HYUNDAI Himsen 9H 21/32.
ESPECIFICACIONES MÉTODO Min Max RESULTADO
Viscosidad cinemática a
50 cst
ASTM D 445-
10
92 500 492
Agua y sedimento por
centrifuga
% V
ASTM D
1796-11
0.5 0.1
Contenido de azufre % wt ASTM D
4294-10
3.0 2.5
Compatibilidad ASTM D
4740-04
1 1
Punto de fluidez ASTM D
5950- 12ª
15 -9
Sedimentos en la
extracción
ASTM D 473-
07
0.1 0.3
Tabla 32: Especificaciones de tipo de combustible utilizado motores Hyundai
Fuente: Manual de los motores Hyundai Himsen.
Cabe recalcar que el análisis muestra gráficos estadísticos de los gastos que
sobrellevan los mantenimientos de los dos sistemas, donde se visualiza que con el
sistema propuesto los gastos de mantenimiento son menores a los de un sistema
tradicional y duran aproximadamente el tiempo recomendado por el fabricante para
la ejecución de los mantenimientos correspondientes.
Finalizado el análisis de factibilidad financiera se puede deducir que la
implementación de un sistema automatizado permite que los periodos de
funcionamiento de la planta termoeléctrica se extiendan reduciendo los gastos por
concepto de mantenimiento, contribuyendo a un mayor periodo de vida útil del
equipo, haciendo de esta inversión una solución viable.
83
2.7.3 FACTIBILIDAD OPERACIONAL
En esta parte del estudio de factibilidad se estima que el sistema se mantenga
operativo, puesto que se desarrolló un sistema con interfaz gráfica amigable al
usuario, lo que permite que la propuesta sea de fácil empleo y manipulación.
La viabilidad operativa de nuestro proyecto que consiste en la automatización del
sistema de control para la alimentación de combustible de un generador, mejorará
la rapidez con que se capturarán los datos que están en la industria, supervisar los
diversos procesos ya que se utilizará un sistema que ayudará al operador.
Una vez realizada la investigación sobre el grado de aceptación del sistema de
control se concluye lo siguiente:
Tomar en cuenta como base la investigación realizada donde se puede afirmar
que el personal de la empresa considera cambios necesario en especial la
implementación del sistema para solventar las tareas de control y supervisión.
El sistema es factible operativamente desde el punto de vista de los recursos
que serán utilizado, ya que todos los equipos implicados cumplen con los requisitos
necesarios para que el sistema opere de forma satisfactoria.
Por lo tanto el proyecto se considera que es factible técnica, financiera y operativa,
para la realización del sistema de control del proceso de alimentación de
combustible para generador Hyundai, el cual se puede obtener los siguientes
beneficios.
Automatizar los procedimientos.
Reducir errores y mejor comunicación entre equipos.
Minimizar el tiempo para la supervisión del sistema.
84
CONCLUSIONES
A través del análisis de los diferentes dispositivos a utilizarse para la
solución se determina que es necesaria la implementación de una red de arquitectura
mixta, Ethernet y ModBUS, debido a las diferentes interfaces de comunicación de
los mismos, lo que implica la utilización de módulos de comunicación CM1241 el
cual permiten la incorporación del PLC a la red ModBUS para la adquisición de
datos de temperatura.
A través del diseño del HMI se logra mostrar gráficamente la estructura, sus
principales características, sus variables monitoreadas y controladas de forma
eficiente, de cada uno de los procesos para el sistema de alimentación alterno de los
bunker.
Para las mediciones de temperatura, se obtiene un control ideal, que permite
al operador inspeccionar y manipular el grado de temperatura del combustible,
además verifica el correcto funcionamiento de los motores de purificación.
Se mejora y se corrige el proceso de distribución del combustible, además
se observa el correcto funcionamiento del sistema auxiliar de bombas, que permite
él envió adecuado de presión a los generadores.
Se logra supervisar y mejorar las propiedades de viscosidad faltantes en el
combustible, además se confirma el correcto funcionamiento del sistema alterno de
alimentación de un generador.
De acuerdo a los resultados de la pruebas se observa que el sistema tiene
una trasmisión de datos exitosa del 100% debido a que no existen perdidas de
paquetes, adicional los datos se encuentran dentro de los tiempos sugeridos por los
fabricantes.
85
RECOMENDACIONES
Tener conocimientos previos del equipo a utilizar, puesto que es
indispensable conocer sobre control industrial, y automatización.
Antes de manipular el sistema verificar minuciosamente que todos los
equipos estén correctamente conectados e instalados, en el momento de la
instalación de los dispositivos, tener cuidado y separar los cables de alimentación
con los de comunicación para evitar el ruido y que esto no afecte la comunicación
entre equipos.
Tener en consideración la configuración de la red, verificar constantemente
las asignaciones de direcciones de cada elemento, el número de esclavo de cada
equipo ya que no se puede repetir, puesto que un error impediría el correcto
funcionamiento del sistema.
Dar el uso adecuado al módulo didáctico de simulación, para poder sacar el
máximo provecho de la tecnología actual presentada en este proyecto.
Al implementar esta propuesta en la Central Térmica, este colabora al
sistema de control ya existente de la empresa, aumentando la supervisión del
subprocesos de alimentación, por lo tanto esta propuesta ayudara al operador a
mejorar el monitoreo del proceso de alimentación de combustible a los generadores.
86
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CANTÓN SANTA ELENA 2014-2019.
Tesis_t1075id. (2015). En Tesis_t1075id (pág. 35). Obtenido de
http://redi.uta.edu.ec/bitstream/123456789/19179/1/Tesis_t1075id.pdf
ANEXOS
ANEXO 1:
Características de las bombas de HFO
Características de las válvulas solenoides
ANEXO 2:
Especificaciones Fuel Oil
Fuente: (CELEC, Manual de Operación y Mantenimiento Hyundai para 1700 KW
Packaged Power Station, 2010)
